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프랑스The Fresnel Institute 연구원들 레이저기반 공정을 개발하여 상세한 유리물체를 3D프린트한다.

박민제 | 기사입력 2021/01/13 [15:16]

프랑스The Fresnel Institute 연구원들 레이저기반 공정을 개발하여 상세한 유리물체를 3D프린트한다.

박민제 | 입력 : 2021/01/13 [15:16]

 

프랑스The Fresnel Institute 연구원들 레이저기반 공정을 개발하여 상세한 유리물체를 3D프린트한다.

연구원들은 상세한 유리 물체를 3D 인쇄하기위한 레이저 기반 공정을 개발합니다.연구원들은 유리로 만들어진 복잡한 부품을 3D 프린팅하기위한 새로운 레이저 기반 공정을 개발했습니다. 다 광자 중합을 사용하여 3D 볼륨에서 직접 물체를 만듭니다. 출처 : Laurent Gallais, The Fresnel Institute 및 Ecole Centrale Marseille

 

연구원들은 유리로 만들어진 복잡한 부품을 3D프린팅하기위한 새로운 레이저기반 공정을 개발했다. 추가 개발을 통해 새로운 방법은 비전, 이미징, 조명 또는 레이저 기반 애플리케이션을위한 복잡한 광학을 만드는 데 유용하다. 

 

프랑스의 The Fresnel Institute와 Ecole Centrale Marseille의 연구팀장 Laurent Gallais는 "대부분의 3D프린팅 프로세스는 레이어별로 개체를 구성한다 . 우리의 새로운 공정은 레이저빔을 사용하여 액체 전구체를 고체 유리로 변형시켜 이러한 공정의 한계를 피한다."

 

The Optical Society (OSA) 저널 Optics Letters 에서 Gallais와 연구팀원인 Thomas Doualle과 Jean-Claude Andre는 기존의 레이어별 접근방식을 사용하지 않고 3D볼륨으로 세부적인 물체를 만드는데 새로운 기술을 사용하는 방법을 보여준다. 이 접근방식을 사용하여 그들은 모공이나 균열이없는 자전거와 에펠탑의 미니어처 모델과 같은 다양한 실리카 유리물체를 만들었다.

 

3D프린팅 접근방식은 다광자중합을 기반으로하여 액체 단량체 분자를 고체 중합체로 연결하는 공정인 중합이 정확한 레이저 초점에서만 발생하도록한다. 이론적으로 레이저빔 성형에 사용되는 광학장치에 의해서만 제한되는 해상도로 수 미크론에서 수십 센티미터 크기의 3D부품을 직접 제작할 수 있다.

 

Gallais는 “유리는 광학을 만드는 데 사용되는 주요 재료 중 하나이다. 우리 작업은 언젠가 과학자들이 필요한 광학부품을 3D프린팅 할 수있는 프로세스를 개발하기위한 첫 번째 단계이다."

 

 

연구원들은 상세한 유리 물체를 3D 인쇄하기위한 레이저 기반 공정을 개발합니다.새로운 접근 방식은 여기에 표시된 자전거와 같은 다양한 복잡한 물체를 만드는 데 사용할 수 있습니다. 출처 : Laurent Gallais, The Fresnel Institute 및 Ecole Centrale Marseille

올바른 재료 찾기

 

기존의 레이어별 접근방식을 사용하여 3D유리개체를 만드는데 몇 가지 제한이 있다. 인쇄프로세스의 속도는 레이어를 만드는 데 걸리는 시간에 의해 제한되며, 고점도 수지를 사용하는 경우 일정한 두께의 레이어를 만드는 것이 어려울 수 있다.  복잡한 부품을 만들려면 일반적으로 지지대가 필요하다. 지지대를 정확하게 배치한 다음 물체가 굳으면 제거해야한다.

 

다중광자중합을 사용하여 층별 접근방식을 피할 수 있지만 3D프린팅 유리물체에는 초기 액상 동안과 일단 중합되면 레이저 파장에서 투명한 재료가 필요하다. 또한 다광자 중합공정을 시작하려면 레이저 파장의 절반에서 레이저광을 흡수해야한다.

 

이를 달성하기 위해 연구원들은 레이저광 , 수지 및 고농도의 실리카 나노입자를 흡수하기 위해 광화학 개시제가 포함된 혼합물을 사용했다. 레이저로 잘 작동하는 것 외에도 이 혼합물의 높은 점도는 변형 문제없이 3D부품을 형성하거나 3D프린팅 중에 물체를 제자리에 유지하도록 지원한다.

 

Gallais는 "이 기술의 핵심은 Strickland 및 Mourou의 처프 펄스 증폭 기술을 기반으로 한 고출력 초단파 레이저가 2018년에 노벨상을 수상했다. 강렬하고 매우 짧은 펄스만이 높은 정밀도와 열 효과없이 비선형 광 중합을 생성한다."

 

 

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비디오는 소형 유리 자전거를 만들기 위해 실리카 나노 입자가 포함 된 액체를 중합하는 데 레이저를 사용하는 것을 보여준다. 출처 : Laurent Gallais, The Fresnel Institute 및 Ecole Centrale Marseille

프로세스 테스트

실리카 나노입자 혼합물을 사용하여 고체물체를 만들 수 있음을 확인한 후 연구원들은 3D프린팅 방식을 사용하여 복잡한 모양의 물체를 만들었다. 그들은 또한 중합된 부품을 유리로 바꾸는 공정을 적용했다.

 

Gallais는 “우리의 접근방식은 거의 모든 유형의 3D유리물체를 생산하는 데 잠재적으로 사용될 수 있다. 우리는 고급시계나 향수병에 사용할 수있는 유리부품을 생산할 가능성을 모색하고 있다."

 

연구진은 예를 들어 저렴한 레이저 소스로 실험하여 이 기술을 보다 실용적으로 만들고 비용을 절감하기위해 노력하고 있다 . 그들은 또한 거칠기를 줄이기 위해 표면 품질을 향상시키기 위해 공정을 최적화하기를 원한다.

 

 
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