Optik bileşen imalatında maliyetleri düşüren 3D baskı hamlesi

Japon araştırmacılar, 3D baskı teknolojisiyle, yüksek sıcaklıkta ‘sinterleme’ işlemine gerek duymadan şeffaf silika cam üretti. Yeni nesil POSS bazlı reçine teknolojisi, özellikle yarı iletken ve optik cihaz üretiminde maliyetleri düşürürken hassasiyeti maksimize edecek.

Havacılık, savunma ve yarı iletken sektörlerinde kritik öneme sahip olan silika cam üretimi, geleneksel yöntemlerde 1000°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilen ‘sinterleme’ işlemine ihtiyaç duyuyordu. Yokohama Ulusal Üniversitesi’nden Profesör Shoji Maruo liderliğindeki ekip, Polymers dergisinde yayımlanan çalışmalarında, süreci 650-700°C gibi ‘düşük’ sıcaklıklara indirerek endüstriyel ölçeklenebilirliğin önünü açtı.

SINTERLEME ZORUNLULUĞU ORTADAN KALKIYOR

Sinterleme, toz malzemelerin yüksek ısıyla katı kütle haline getirilmesi sürecidir. Geliştirilen yeni organik-inorganik hibrit POSS (polihedral oligomerik silsesquioxane) reçinesi, bu zahmetli süreci baypas ediyor. Profesör Maruo, "Reçine kimyasında yaptığımız inovasyonla, yüksek silika içerikli ve düşük viskoziteli bir yapı tasarlayarak cam 3D baskısını pratik ve ölçeklenebilir hale getirdik" açıklamasında bulundu.

BÜZÜLME VE DEFORMASYON RİSKİNE ÇÖZÜM

Geleneksel cam baskı yöntemlerinde karşılaşılan en büyük sorunlardan biri, kalsinasyon (fırınlama) sırasındaki yüksek büzülme oranıdır. Önceki sistemlerde yüzde 42'ye ulaşan büzülme payı, bu yeni yöntemle yüzde 36'ya düşürüldü. Bu kritik iyileştirme;

• Çatlama ve deformasyon: Üretim sonrası yapıda oluşan bozulmaları minimize ediyor.
• Hassasiyet: Mikron ölçeğinden makroskopik boyutlara kadar yüksek çözünürlüğü koruyor.
• Maliyet: Daha düşük maliyetli tek fotonlu stereolitografi cihazlarında dahi şeffaf cam dönüşümünü mümkün kılıyor.

STRATEJİK UYGULAMA ALANLARI: MİKROAKIŞKANLAR VE FOTONİK

Yeni teknolojinin özellikle yarı iletken, MEMS (mikro-elektro-mekanik sistemler) ve fotonik cihazlarla hibrit işleme süreçlerinde devrim yaratması bekleniyor. Mikroakışkan cihazların üretiminde, 3D yazıcı ile oluşturulan kalıpların POSS reçine içine yerleştirilmesi yöntemiyle, kanal içindeki reçineyi temizleme zorunluluğu olmaksızın karmaşık mikrokanallar oluşturulabiliyor.

HEDEF: SANTİMETRE BOYUTUNDA MİKRON ALTI HASSASİYET

Araştırma ekibinin nihai vizyonu, iki fotonlu litografi ile tek fotonlu stereolitografiyi birleştirerek, santimetre boyutundaki şeffaf cam yapıları mikron altı (mikronun binde biri) çözünürlükte hızla üretmek. Bu platformun hayata geçmesiyle;

• Yüksek hassasiyetli lensler,
• Çok fonksiyonlu serbest biçimli optik bileşenler,
• Karmaşık mikroakışkan devreler, 

çok daha düşük enerji maliyetleriyle ve yüksek hızda üretilebilecek.