[發明專利]一種高透光率多色彩石英玻璃的3D打印成型方法

在審

• 申請號: 201910029393.1
• 申請日: 2019-01-13
• 公開（公告）號: CN109694181A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 付遠;趙國婧;姜江
• 申請（專利權）人: 付遠;江西省科學院應用物理研究所
• 主分類號: C03B20/00
• 分類號: C03B20/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種利用立體平板應刷（3D打印），縮微平板印刷（縮微平面打印），以及微立體光刻（微縮3D打印）技術來打印高透光率和高純度的有色及無色石英玻璃3D模型的方法。采用本方法可以實現3D打印滿足工業級精密光學要求的產品，例如形狀任意的相機或顯微鏡頭，濾鏡等。通過對本發明中間產物“棕色部分”添加一定量的金屬鹽的醇溶液來改變玻璃部件的光學性質，從而通過3D打印技術創造出適合于濾光片的有色玻璃件。

技術領域

本發明涉及一種采用3D打印方法成型制備高透光率石英玻璃樣品的方法，更具體而言，涉及一種用于立體平板應刷（3D打印），縮微平板印刷（縮微平面打印），或者微立體光刻（微縮3D打印）技術來成型制備高純無瑕疵的精密光學玻璃樣品。

背景技術

玻璃是一種用于科學研究，工業領域及社會應用的高性能材料，主要是由于其具有無與倫比的透光性，出色的力學，化學和熱阻特性，尤其是它的熱電絕緣性。可是，眾所周知，玻璃尤其是高純玻璃非常難以成行，對于宏觀玻璃物件，它需要高溫融化和鑄造過程。對于微觀玻璃物件，需要高危化學品的反應合成。這些缺陷導致復雜玻璃件難以滿足現代制造業的成型需求，例如3D打印技術。

到現在為止，只有兩種已知方法能夠將玻璃通過3D打印塑造成型：一種就是將鈉鈣玻璃加熱到約1000攝氏度左右，熔融沉積在相應的模具中（鑄造法），另一種方法就是通過送絲的方法，玻璃絲在激光斑的照射下融化打印。這兩種方法的缺點在于成型的結構非常糟糕，其表面粗糙度很大。其它方法，諸如噴墨打印，選擇性激光熔化技術，玻璃粉末燒結技術等，到目前為止也只能制備白色非透明的玻璃組件。停-流平板印刷法可以直接塑造玻璃的形狀，但是僅僅局限于2維熔融玻璃微觀結構的制備。三維直接激光掃描打印也已經用于成型于石英玻璃表面，但是它的缺點在于會損傷激光輻照表面，并且氫氟酸刻蝕技術沉積于激光輻照損傷區域。然而打印出來的結果太粗糙而不能廣泛運用于精密光學應用領域。這種落后技術還需要進行比如CO2激光熱處理的后續工藝。

發明內容

本發明采用一種鑄造納米復合材料，并且發明了一種透明可熔化的石英玻璃復合材料通過3D打印成型，其最小成型精度在十微米數量級。整個過程采用一種可用于3D打印成型的光固化二氧化硅復合材料將物件模型打印成型，然后通過適當的熱處理工藝轉換成高品質的熔融石英玻璃。打印出來的石英玻璃是無孔的，且具有商用石英玻璃的透光性，并且產品的表面粗糙度小于幾納米，整體表面光潔度優異。如果在其中摻雜少量金屬鹽，也可制備彩色玻璃。本發明拓寬了材料在3D打印應用領域擇性。同時，使得創造任意結構的微納米尺度的熔融石英玻璃件在工業應用中成為可能。

本發明中，我們提出一種3維兼容的制造方法來制備高品位的熔融石英玻璃組件，它采用的是立體平板應刷（3D打印），縮微平板印刷（縮微平面打印），以及微立體光刻（微縮3D打印）法。這種技術需要考慮包含制造藝術品相關的尺寸和分辨率極限問題。制備過程中沒有任何刺激性化學物質的參與，并且生產和制備出來的產品表面粗糙度，光學清晰度以及光學反射率和透光度非常適合精密光學零件的設計要求，比如相機或顯微鏡頭，濾鏡等。