华东师大学子毫米尺寸玻璃中打印东方明珠

2017-06-17 18:41:34    来源:上海教育新闻网    作者:戴琪

如何突破3D打印在超高精度加工领域面临的瓶颈?如何控制3D打印加工中的超快动态过程?近日,第十五届“挑战杯”上海市大学生课外学术科技作品竞赛复赛成绩公布,由华东师范大学物理与材料科学学院本科生王绍君等研发的“飞秒激光时空聚焦实现多分辨率的3D微打印”项目成功入围决赛。

3D 打印正面临“高分辨率”瓶颈

3D打印加工技术作为近年来十分火热的高效加工手段,在航空、医疗、珠宝、建筑、汽车、电子等各方面迅速得到了广泛的应用。目前3D打印机的分辨率对于精度要求不高的应用来说已经足够,但要获得更高分辨率的物品通常是通过如下方法:先用当前的三维打印机打出稍大一点的物体,再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。这样的方法在高精度加工中显然可操作性并不强。所以在超高精度加工领域,3D 打印的应用在技术上正面临着难以突破的瓶颈。

如何解决这一难题?华东师范大学大三学生王绍君带领的课题组利用飞秒激光时空聚焦技术,实现了突破性进展。

微米级别的3D打印精度

王绍君对物理技术的发展和超越抱有强烈的兴趣与信心,并将这种信心转化成在实验室中不断进行创新与超越的动力。虽然飞秒激光时空聚焦技术发明至今仅有数年时间,但王绍君敏锐地察觉到这一技术的加工优势将很快在高通量三维材料加工、高速三维生物成像等研究领域内凸显出来。

于是,王绍君对飞秒激光技术和超快激光时空同步聚焦技术进行了详细调研,并对时空聚焦的光斑的静态及动态特性进行了分析。

在深入理论研究基础之上,课题组借助实验探究了飞秒激光时空聚焦技术对加工结果的影响。他们控制电机在飞秒激光直写平台上制作不同分辨率的任意形状物体,将3D 打印的精度突破到了几个微米(μm)级别。为了进行对比,他们曾在同一块光敏玻璃中打印出80μm 和10μm的东方明珠电视塔3D模型。经过一系列的研究实验,课题组实现了飞秒激光时空聚焦技术新的聚焦维度及可控维度,克服了传统空间聚焦的缺陷,并且对聚焦光斑提供了更加灵活的控制方式。同时,时空同步聚焦所提供的光斑动态控制能力使其在对加工中的超快动态过程控制显示出巨大潜力。

这是加工领域目前还未曾出现过并且迫切需要的技术成果。在当前国家大力发展3D打印等新型制造技术的背景下,这一创新性研究成果极具应用前景,将为我国的制造业等行业提供最新的技术支持。

责任编辑:金寒草
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