[发明专利]硫系玻璃微球的3D打印方法及3D打印装置

说明书

本发明是关于一种硫系玻璃微球的3D打印方法及3D打印装置，该硫系玻璃微球的3D打印方法，包括：将丝状硫系玻璃耗材按照设定的推送速率送至3D打印区域；在3D打印区域，采用双激光光束加热熔融进入3D打印区域的丝状硫系玻璃耗材，形成硫系玻璃微球熔滴，同时向所述的3D打印区域引入气体使形成的硫系玻璃微球熔滴悬浮，通过气动悬浮控制硫系玻璃微球的成形尺寸；采用真空吸附方式的取出形成的硫系玻璃微球。气体悬浮激光熔制方式可以保证微球的圆度，玻璃微球的孔径可以根据气体速度和流量进行控制，配合真空吸附取样，可以快速实现特定孔径的硫系玻璃微球批量制备，可以极大提高硫系玻璃微球的3D打印熔制效率。

技术领域

本发明涉及硫系玻璃二次热成形技术领域，特别是涉及硫系玻璃微球的3D打印方法及3D打印装置。

背景技术

光学微球腔因具有极高的品质因子和极小的模式体积，在量子电动力学、低阈值激光器、非线性光学、光纤通信、量子光学和传感器等领域拥有巨大的应用前景。而光学微球腔的品质因子，主要由微球腔内的衍射损耗、吸收损耗和表面散射损耗构成。若被捕获进入微球腔的光能量，损耗越小，其在腔内存储的时间就越长，品质因子也就越高。因此由介电材料制成的微球腔其表面平整度和球形度越好，微球腔的品质因子也就越高。

目前，用于光学微球腔的玻璃微球的制备方法主要有玻璃粉料漂浮高温熔融法和CO₂激光加热光纤芯熔化法两种。玻璃粉料漂浮高温熔融法的优点是可以保证微球的圆度，并可以一次性批量制备在一定数值区间分布的玻璃微球，极大提高了制备效率，但是其缺点是微球孔径分布在区间范围内，尺寸精度较高的特定孔径微球批量制备无法实现；CO₂激光加热光纤芯熔化法的优点是微球成球过程操作方便，但是其缺点是：(1)大部分硫系玻璃具有光敏性，特别是光致折射率变化，导致微球光学性能不稳定；(2)能够传输的功率低，易损伤；(3)一次只能制作一个玻璃微球，而且微球尺寸受光电尺寸限制，制备方法效率低，成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种硫系玻璃微球3D打印方法，所要解决的技术问题是使得到的硫系玻璃微球具有孔径尺寸精度高、孔径可调、可批量化制备的优点。实现高尺寸精度、特定孔径可调的硫系玻璃微球的批量制备。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种硫系玻璃微球的3D打印方法，其包括：

将丝状硫系玻璃耗材按照设定的推送速率送至3D打印区域；

在3D打印区域，采用双激光光束加热熔融进入3D打印区域的丝状硫系玻璃耗材，形成硫系玻璃微球熔滴，同时向所述的3D打印区域引入气体使形成的硫系玻璃微球熔滴悬浮，通过气动悬浮控制硫系玻璃微球的成形尺寸；

采用真空吸附方式取出形成的硫系玻璃微球。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的硫系玻璃微球的3D打印方法，其中所述的3D打印区域为1.0×10^-3Pa的真空环境，洁净度≥10万级，填充有惰性气体，所述的惰性气体的纯度≥99.999％，水≤5ppm、氧浓度≤5ppm。

优选的，前述的硫系玻璃微球的3D打印方法，其中所述的双激光光束加热熔融，包括：使用两个激光发射器，通过调节激光发射器的激光功率和激光斑点的直径控制加热区域和加热温度。

优选的，前述的硫系玻璃微球的3D打印方法，其中所述的激光发射器的激光功率和激光斑点的直径根据待打印的硫系玻璃微球的尺寸设定。

优选的，前述的硫系玻璃微球的3D打印方法，其中通过对所述的激光发射器发射的激光的输出光束模式、能量分布、光斑尺寸和能流密度进行调控，控制硫系玻璃微球的尺寸。

优选的，前述的硫系玻璃微球的3D打印方法，其中通过调节气体的气流速度和流量控制硫系玻璃微球的成形尺寸；