이 새로운 3D 프린팅 방법은 광섬유를 더 저렴하게 만들 수 있습니다.

Jan 26, 2024

엘리자베스 몬탈바노 | 2019년 12월 2일

호주 시드니 공과대학 연구진이 개발한 새로운 3D 프린팅 공정은 유리 광섬유 제조 비용을 대폭 절감할 수 있습니다. 이는 통신 네트워크용으로 악명 높은 광섬유 케이블의 제조 비용을 절감할 뿐만 아니라 새로운 설계 및 응용 분야로 이어질 수도 있습니다.

현재의 제조 공정에서는 섬유 코어가 정확하게 중심에 맞춰져 있는 선반에서 튜브를 회전시켜야 하는데 이는 노동 집약적이라고 연구팀을 이끈 John Canning이 말했습니다.

새로운 프로세스는 프로세스에서 가장 복잡한 부분 중 하나인 기하학적 요구 사항 중 일부를 완화합니다.

Canning은 언론 성명에서 "적층 가공을 사용하면 섬유 형상을 중앙에 맞출 필요가 없습니다."라고 말했습니다. "이는 섬유 설계의 가장 큰 한계 중 하나를 제거하고 섬유 제조 비용을 크게 절감합니다."

팀은 Optics Letters 저널에 자신의 작업에 대한 논문을 발표했습니다.

제작의 진화

연구원들은 자신들의 발명품이 3D 프린팅된 프리폼의 고분자 재료를 사용하여 섬유를 제작한 이전 연구를 통해 정보를 얻었다고 말했습니다. 이전에는 유리를 인쇄하는 데 필요한 높은 온도(섭씨 1900도 이상) 때문에 이러한 유형의 인쇄 공정에 실리카를 사용하는 것이 엄청나게 어려웠습니다.

Canning은 언론 성명에서 "재료와 나노입자 통합의 새로운 조합 덕분에 실리카 프리폼을 3D 프린팅하는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다"라고 말했습니다.

실리카 유리를 제작하기 위해 Canning과 그의 팀은 시중에서 판매되고 일반적으로 폴리머 물체를 만드는 데 사용되는 직접광 프로젝션(DLP) 3D 프린터를 사용했습니다. 이러한 유형의 제작을 위해 프린터는 디지털 광 프로젝터를 사용하여 광반응성 단량체를 중합합니다.

실리카 물체를 만들려면 사용된 재료뿐만 아니라 공정을 수정해야 했습니다. 재료 측면에서 연구진은 실리카 나노입자를 중량 기준으로 50% 이상의 양으로 단량체에 첨가했습니다.

그런 다음 그들은 코어용 구멍이 포함된 3D 프린팅된 원통형 물체를 설계하고 폴리머와 나노입자의 재료 혼합물을 구멍에 삽입했습니다. 그러나 이번에는 실리카 나노입자에 게르마노실리케이트를 추가하여 공식을 약간 변경했습니다. 이는 다양한 도펀트의 통합을 허용하기 위해 더 높은 굴절률을 생성했다고 연구진은 말했습니다.

공정의 다음 단계에서는 탈결합이라는 독특한 가열 공정이 필요했는데, 이 공정은 재료 혼합물에서 폴리머를 제거하여 분자간 힘에 의해 결합된 실리카 나노입자만 남게 했습니다.

마지막으로, 온도를 더 높임으로써 연구진은 나노입자를 드로우 타워에 삽입할 수 있는 고체 구조로 융합시켰습니다. 여기서 그들은 다시 한 번 물체를 가열하고 끌어당겨 광섬유를 만들었습니다.

상용화의 길

연구진은 프로세스를 검증하기 위해 다중 모드 또는 단일 모드 섬유를 만드는 데 사용할 수 있는 표준 게르마노실리케이트 섬유와 동등한 프리폼을 제작했다고 Canning은 말했습니다.

그들은 인쇄한 첫 번째 광섬유에서 높은 광 손실을 관찰했을 때 작업에 한계가 있었다고 인정했습니다. 그러나 Canning은 이후 이 문제를 확인했으며 이를 해결하기 위해 노력하고 있다고 말했습니다.

"광 손실을 제한하기 위한 추가 개선을 통해 이 새로운 접근 방식은 기존의 선반 기반 실리카 광섬유 제조 방법을 잠재적으로 대체할 수 있습니다."라고 그는 언론 성명에서 말했습니다.

현재 제조 대신 이 프로세스를 사용하면 제조 및 자재 비용뿐만 아니라 노동 측면에서도 전반적인 비용이 절감될 수 있습니다. 이는 생산 작업자가 직면하는 교육 및 위험 요소도 감소하기 때문입니다.

이 팀은 현재 기술을 개선하고 상용화하기 위해 주류 상업용 섬유 제조 회사와 제휴를 모색하고 있습니다. 연구원들은 또한 이 분야에서 연구를 가속화하고 새로운 제조 접근 방식을 추진하기를 원합니다.