Η 3D εκτύπωση (additive manufacturing) έχει καταφέρει να δουλεύει με μία εντυπωσιακή ποικιλία υλικών – από πλαστικά και μέταλλα μέχρι και βιολογικά υλικά. Ωστόσο, το γυαλί (glass) παραμένει μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις, κυρίως λόγω της υψηλής θερμοκρασίας τήξης του και της άμορφης εσωτερικής του δομής.
Το έργο STELLAR (Scalable Low Temperature Ultrafast Laser Materials Manufacturing) έρχεται να αλλάξει τα δεδομένα. Με επικεφαλής ερευνητές από το University of Utah, σε συνεργασία με τα University of Galway (Ιρλανδία) και Queen’s University Belfast (Βόρεια Ιρλανδία), το έργο φιλοδοξεί να αναπτύξει ένα προηγμένο σύστημα 3D εκτύπωσης γυαλιού με δυνατότητα κατασκευής χαρακτηριστικών μόλις 1 micrometer σε περιοχές εκατοστών – κάτι που ξεπερνά τις δυνατότητες των υπαρχουσών τεχνολογιών.
Το Όραμα του STELLAR
Ο στόχος είναι η χρήση ultrafast lasers – και συγκεκριμένα femtosecond lasers (λέιζερ φεμτοδευτερολέπτου) – τα οποία ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Σε συνδυασμό με εξελιγμένες τεχνικές διαμόρφωσης της ακτίνας λέιζερ (beam shaping) και μοντελοποίηση μέσω υπολογιστών, προσφέρουν πρωτοφανή ακρίβεια στην κατασκευή γυάλινων μικροσκοπικών δομών.
Σε αντίθεση με τις κλασικές “top-down” τεχνικές, όπου το γυαλί χαράσσεται από μία αρχική μάζα, η bottom-up προσέγγιση της προσθετικής κατασκευής προσφέρει σημαντικά μεγαλύτερη ελευθερία στη γεωμετρία των παραγόμενων αντικειμένων.
Εφαρμογές & Πειραματισμοί
Η ομάδα των ερευνητών σχεδιάζει να δοκιμάσει το σύστημα STELLAR κατασκευάζοντας αισθητήρες γυάλινου επιπέδου συντονισμού (planar resonance sensors). Αυτές οι μικροσκοπικές διατάξεις λειτουργούν σαν “αυτί”, καταγράφοντας τις ανακλάσεις των μικροκυμάτων και ανιχνεύοντας χημικές ουσίες, μικροοργανισμούς ή ακόμα και δομές επιφανειών με εξαιρετική ακρίβεια – απλά και μόνο από το πώς είναι διαμορφωμένο το ίδιο το γυαλί.
Επιπλέον, όπως επισημαίνει ο καθηγητής Sensale-Rodriguez, η ίδια η εκτύπωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ως εργαλείο για να δοκιμαστούν οι μηχανικές ιδιότητες του γυαλιού – δηλαδή, κατασκευή και δοκιμή ταυτόχρονα.
Χρηματοδότηση και Εκπαίδευση
Το έργο STELLAR υποστηρίζεται από την National Science Foundation (NSF) με επιχορήγηση ύψους 1.4 εκατομμυρίων δολαρίων, η οποία καλύπτει τόσο την ανάπτυξη του συστήματος όσο και ένα πρόγραμμα ανταλλαγής φοιτητών μεταξύ των συνεργαζόμενων πανεπιστημίων. Πρόκειται για ένα έργο που ενώνει τεχνολογία αιχμής, εκπαίδευση και διεθνή συνεργασία.
