石英玻璃增材制造,是以石英玻璃为材料,采用合适的增材制造技术生产各种光学元器件的过程。
石英玻璃主要成分是二氧化硅(SiO2),具有机械强度高、热稳定性好、化学稳定性好、抗热震、电绝缘、光学透明度高、光谱范围宽等特点,从远紫外(160nm)到远红外(5μm)波段光透过性优良,在光学元器件领域应用范围广泛,产品例如光纤、光学窗口、透镜、反射镜等。2020-2024年,全球石英玻璃市场年复合增长率为3.7%,2024年市场规模约为36亿美元。
增材制造,也称3D打印,可以金属、塑料、陶瓷等为材料,根据三维模型逐层堆积制造各种形状工件,可利用难加工材料制造形状复杂零部件,缩短生产周期,降低生产成本,是新兴制造技术,近年来市场发展迅速。与塑料、金属等材料相比,玻璃增材制造技术发展缓慢,为满足光学元器件等领域发展需求,石英玻璃增材制造开始受到关注。
为满足复杂石英玻璃微光学元件制造需求,2024年8月,我国工信部发布国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项2024年度项目申报指南,将面投影光固化与激光直写协同的石英玻璃增材制造列入。这将推动我国石英玻璃增材制造技术不断进步。
新思界
行业分析人士表示,石英玻璃增材制造相关研究成果正在增多。在海外,2022年,美国加州大学伯克利分校提出了一种基于全息曝光、正交叠加和层析原理的玻璃纳米复合材料的体积增材制造技术(VAM),相关成果发表于《Science》;2024年,瑞典皇家理工学院在光纤上3D打印石英玻璃微光学元件,利用此技术可以在极小空间内集成大量传感器,相关成果发表于《ACS Nano》。
在我国,2022年,哈尔滨工程大学与澳大利亚新南威尔士大学合作,利用数字光处理(DLP)3D打印技术成功制造了厘米级别的光纤预制棒,并通过拉纤时参数的控制获得单模以及多摸光纤,相关成果发表于《Light:Advanced Manufacturing》。