Questo nuovo metodo di stampa 3D potrebbe rendere la fibra ottica più economica

Jan 26, 2024

Elizabeth Montalbano | Dec 02, 2019

Un nuovo processo di stampa 3D sviluppato dai ricercatori dell’Università di Tecnologia di Sydney, in Australia, potrebbe ridurre drasticamente i costi di produzione delle fibre ottiche di vetro. Ciò non solo porterebbe a riduzioni dei costi di produzione dei notoriamente costosi cavi in ​​fibra ottica per le reti di telecomunicazioni, ma potrebbe anche portare a nuovi progetti e applicazioni.

L'attuale processo di fabbricazione richiede la filatura di tubi su un tornio con nuclei di fibra centrati con precisione, il che richiede molta manodopera, ha affermato John Canning, che ha guidato il gruppo di ricerca.

Il nuovo processo allenta alcuni dei requisiti geometrici, che rappresentano una delle parti più complesse del processo.

"Con la produzione additiva, non è necessario che la geometria della fibra sia centrata", ha affermato Canning in un comunicato stampa. "Ciò elimina uno dei maggiori limiti nella progettazione delle fibre e riduce notevolmente i costi di produzione delle fibre."

Il team ha pubblicato un articolo sul proprio lavoro sulla rivista Optics Letters.

Un'evoluzione nella fabbricazione

I ricercatori hanno affermato che la loro invenzione è stata ispirata da ricerche precedenti in cui avevano fabbricato la fibra utilizzando un materiale polimerico da una preforma stampata in 3D. In precedenza, era estremamente difficile utilizzare la silice in questo tipo di processo di stampa a causa delle alte temperature (oltre 1900 gradi Celsius) necessarie per stampare il vetro.

“Grazie a una nuova combinazione di materiali e all’integrazione di nanoparticelle, abbiamo dimostrato che è possibile stampare in 3D una preforma di silice”, ha affermato Canning nel comunicato stampa.

Per fabbricare il vetro di silice, Canning e il suo team hanno utilizzato una stampante 3D a proiezione di luce diretta (DLP), disponibile in commercio e tipicamente utilizzata per creare oggetti polimerici. Per questo tipo di fabbricazione, la stampante utilizza un proiettore di luce digitale per polimerizzare i monomeri fotoreattivi.

La creazione di un oggetto in silice ha richiesto la modifica del processo e dei materiali utilizzati. Per quanto riguarda i materiali, i ricercatori hanno aggiunto nanoparticelle di silice nel monomero in quantità pari o superiori al 50% in peso.

Hanno quindi progettato un oggetto cilindrico stampato in 3D che conteneva un foro per un nucleo e hanno inserito nel foro il mix di materiali di polimero e nanoparticelle. Questa volta, però, hanno cambiato leggermente la formula, aggiungendo germanosilicato alle nanoparticelle di silice. Ciò ha creato un indice di rifrazione più elevato per consentire l'integrazione di una gamma di droganti, hanno affermato i ricercatori.

La fase successiva del processo richiedeva un processo di riscaldamento unico chiamato debinding, che rimuoveva il polimero dalla miscela di materiali per lasciare dietro di sé solo nanoparticelle di silice legate da forze intermolecolari.

Infine, aumentando ulteriormente la temperatura, i ricercatori hanno fuso le nanoparticelle in una struttura solida che poteva essere inserita in una torre di trascinamento, dove hanno riscaldato e anche tirato nuovamente l'oggetto per creare la fibra ottica.

Il percorso verso la commercializzazione

Per convalidare il loro processo, i ricercatori hanno fabbricato una preforma equivalente di una fibra di germanosilicato standard che potrebbe essere utilizzata per creare fibre multimodali o monomodali, ha affermato Canning.

Hanno riconosciuto che si sono imbattuti in una limitazione nel loro lavoro quando hanno osservato elevate perdite di luce nelle prime fibre ottiche che hanno stampato. Tuttavia, Canning ha affermato di aver identificato il problema e di lavorare per porvi rimedio.

"Con ulteriori miglioramenti per limitare le perdite di luce, questo nuovo approccio potrebbe potenzialmente sostituire il metodo convenzionale basato su tornio per produrre fibre ottiche di silice", ha affermato in un comunicato stampa.

L’utilizzo di questo processo al posto dell’attuale produzione ridurrebbe i costi su tutta la linea – non solo in termini di fabbricazione e materiali, ma anche in termini di manodopera, poiché riduce anche la formazione e il fattore di pericolo che i lavoratori della produzione devono affrontare, ha affermato Canning.

Il team sta attualmente cercando di collaborare con un’importante azienda commerciale di fabbricazione di fibre per migliorare e commercializzare la tecnologia. I ricercatori desiderano inoltre accelerare la ricerca e promuovere nuovi approcci produttivi in ​​questo campo.