石英玻璃增材制造,是以石英玻璃為材料,采用合適的增材制造技術生產各種光學元器件的過程。
石英玻璃主要成分是二氧化硅(SiO2),具有機械強度高、熱穩定性好、化學穩定性好、抗熱震、電絕緣、光學透明度高、光譜范圍寬等特點,從遠紫外(160nm)到遠紅外(5μm)波段光透過性優良,在光學元器件領域應用范圍廣泛,產品例如光纖、光學窗口、透鏡、反射鏡等。2020-2024年,全球石英玻璃市場年復合增長率為3.7%,2024年市場規模約為36億美元。
增材制造,也稱3D打印,可以金屬、塑料、陶瓷等為材料,根據三維模型逐層堆積制造各種形狀工件,可利用難加工材料制造形狀復雜零部件,縮短生產周期,降低生產成本,是新興制造技術,近年來市場發展迅速。與塑料、金屬等材料相比,玻璃增材制造技術發展緩慢,為滿足光學元器件等領域發展需求,石英玻璃增材制造開始受到關注。
為滿足復雜石英玻璃微光學元件制造需求,2024年8月,我國工信部發布國家重點研發計劃“增材制造與激光制造”重點專項2024年度項目申報指南,將面投影光固化與激光直寫協同的石英玻璃增材制造列入。這將推動我國石英玻璃增材制造技術不斷進步。
新思界
行業分析人士表示,石英玻璃增材制造相關研究成果正在增多。在海外,2022年,美國加州大學伯克利分校提出了一種基于全息曝光、正交疊加和層析原理的玻璃納米復合材料的體積增材制造技術(VAM),相關成果發表于《Science》;2024年,瑞典皇家理工學院在光纖上3D打印石英玻璃微光學元件,利用此技術可以在極小空間內集成大量傳感器,相關成果發表于《ACS Nano》。
在我國,2022年,哈爾濱工程大學與澳大利亞新南威爾士大學合作,利用數字光處理(DLP)3D打印技術成功制造了厘米級別的光纖預制棒,并通過拉纖時參數的控制獲得單模以及多摸光纖,相關成果發表于《Light:Advanced Manufacturing》。