[发明专利]一种高透光率多色彩石英玻璃的3D打印成型方法

说明书

本发明公开了一种利用立体平板应刷（3D打印），缩微平板印刷（缩微平面打印），以及微立体光刻（微缩3D打印）技术来打印高透光率和高纯度的有色及无色石英玻璃3D模型的方法。采用本方法可以实现3D打印满足工业级精密光学要求的产品，例如形状任意的相机或显微镜头，滤镜等。通过对本发明中间产物“棕色部分”添加一定量的金属盐的醇溶液来改变玻璃部件的光学性质，从而通过3D打印技术创造出适合于滤光片的有色玻璃件。

技术领域

本发明涉及一种采用3D打印方法成型制备高透光率石英玻璃样品的方法，更具体而言，涉及一种用于立体平板应刷（3D打印），缩微平板印刷（缩微平面打印），或者微立体光刻（微缩3D打印）技术来成型制备高纯无瑕疵的精密光学玻璃样品。

背景技术

玻璃是一种用于科学研究，工业领域及社会应用的高性能材料，主要是由于其具有无与伦比的透光性，出色的力学，化学和热阻特性，尤其是它的热电绝缘性。可是，众所周知，玻璃尤其是高纯玻璃非常难以成行，对于宏观玻璃物件，它需要高温融化和铸造过程。对于微观玻璃物件，需要高危化学品的反应合成。这些缺陷导致复杂玻璃件难以满足现代制造业的成型需求，例如3D打印技术。

到现在为止，只有两种已知方法能够将玻璃通过3D打印塑造成型：一种就是将钠钙玻璃加热到约1000摄氏度左右，熔融沉积在相应的模具中（铸造法），另一种方法就是通过送丝的方法，玻璃丝在激光斑的照射下融化打印。这两种方法的缺点在于成型的结构非常糟糕，其表面粗糙度很大。其它方法，诸如喷墨打印，选择性激光熔化技术，玻璃粉末烧结技术等，到目前为止也只能制备白色非透明的玻璃组件。停-流平板印刷法可以直接塑造玻璃的形状，但是仅仅局限于2维熔融玻璃微观结构的制备。三维直接激光扫描打印也已经用于成型于石英玻璃表面，但是它的缺点在于会损伤激光辐照表面，并且氢氟酸刻蚀技术沉积于激光辐照损伤区域。然而打印出来的结果太粗糙而不能广泛运用于精密光学应用领域。这种落后技术还需要进行比如CO2激光热处理的后续工艺。

发明内容

本发明采用一种铸造纳米复合材料，并且发明了一种透明可熔化的石英玻璃复合材料通过3D打印成型，其最小成型精度在十微米数量级。整个过程采用一种可用于3D打印成型的光固化二氧化硅复合材料将物件模型打印成型，然后通过适当的热处理工艺转换成高品质的熔融石英玻璃。打印出来的石英玻璃是无孔的，且具有商用石英玻璃的透光性，并且产品的表面粗糙度小于几纳米，整体表面光洁度优异。如果在其中掺杂少量金属盐，也可制备彩色玻璃。本发明拓宽了材料在3D打印应用领域择性。同时，使得创造任意结构的微纳米尺度的熔融石英玻璃件在工业应用中成为可能。

本发明中，我们提出一种3维兼容的制造方法来制备高品位的熔融石英玻璃组件，它采用的是立体平板应刷（3D打印），缩微平板印刷（缩微平面打印），以及微立体光刻（微缩3D打印）法。这种技术需要考虑包含制造艺术品相关的尺寸和分辨率极限问题。制备过程中没有任何刺激性化学物质的参与，并且生产和制备出来的产品表面粗糙度，光学清晰度以及光学反射率和透光度非常适合精密光学零件的设计要求，比如相机或显微镜头，滤镜等。