Recentemente, il Centro di ricerca sui materiali ottici a infrarossi dell’Istituto di macchinari ottici di Shanghai (SIOM), Accademia cinese delle scienze (CAS), ha fatto progressi nella ricerca sulla stampa 3D di ceramiche trasparenti per l’illuminazione laser – il lavoro ha realizzato la stampa 3D di ceramiche trasparenti per l'illuminazione laser tramite Digital Light Processing Printing (DLP), che supera i limiti del tradizionale processo di stampaggio della ceramica. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista "Ceramics International" (Ceramics International).
L'illuminazione a LED presenta i vantaggi di risparmio energetico, basso inquinamento, alta efficienza e lunga durata, ma l'efficienza diminuirà dopo aver superato una determinata corrente. I sistemi di illuminazione laser sono in grado di raggiungere efficienze di uscita elevate (100-1000 volte quella dei LED) a densità di potenza più elevate, consentendo ai sistemi di illuminazione laser di offrire vantaggi per la futura illuminazione a stato solido, come elevata luminosità, dimensioni compatte e illuminazione direzionale. Tuttavia, i dispositivi di illuminazione a stato solido azionati da laser per la struttura ottica di questo sistema sono molto complessi e la stampa 3D diventa una soluzione potente.
(a) Schema dei grezzi ceramici trasparenti stampati in 3D DLP; fotografie di grezzi ceramici LuAG:Ce stampati: (b) nido d'ape, (c) superficie minima, (d) superemisfero e (e) superemisfero di diverse dimensioni. (f) Schema del processo di sinterizzazione di LTC stampato in 3D; g) dispositivo di illuminazione laser; (h) LTC stampato in 3D lucido posizionato sulle lettere "SIOM" alla luce del giorno; (i) spettri di trasmissione della luce; e (j) LTC superemisferico stampato in 3D sinterizzato incapsulato in un chip di illuminazione LD.
DLP è una tecnologia di produzione additiva di fotopolimerizzazione che utilizza un proiettore digitale per polimerizzare l'inchiostro strato dopo strato per creare oggetti con forme complesse. Può polimerizzare un intero strato contemporaneamente, consentendo così una produzione rapida. Supporta anche la stampa ad alta risoluzione, consentendo la creazione di oggetti complessi e dettagliati.
La stampa 3D di ceramiche trasparenti per SSL guidato dal laser non è stata esplorata in precedenza. In questo studio, i ricercatori dell'Istituto di ottica e meccanica di Shanghai (SIOM) hanno sviluppato inchiostri ceramici fotopolimerizzabili per DLP per la fabbricazione di componenti ceramici trasparenti che emettono luce con granato di lutezio-alluminio attivato da cerio (LuAG:Ce) illuminato tramite laser con alta risoluzione di stampa. L'inchiostro per la stampa DLP ha un contenuto solido fino al 50% in volume ed eccellenti proprietà di diluizione al taglio. Lo studio ha introdotto coloranti luminescenti negli inchiostri DLP per ridurre l'effetto di essiccazione eccessiva causato dalla diffusione della luce UV da parte delle polveri ceramiche. Inoltre, i ricercatori hanno ulteriormente migliorato la resistenza dei pezzi grezzi aggiungendo una fase di pre-sinterizzazione dopo il processo di sgrassaggio, un metodo di sinterizzazione assistita in due fasi: i componenti ceramici stampati in 3D sono stati sinterizzati con una densità relativa finita del 96,4% e hanno mostrato risultati eccellenti. trasmissione della luce (~40%).
L’esperimento finale mostra che l’applicazione della tecnologia di stampa 3D LuAG:Ce LTC con design a geometria libera e soglia di fluenza laser elevata fornisce una soluzione più efficiente e affidabile per l’illuminazione laser ad alta potenza.
