近期，中科院上海光機(jī)所紅外光學(xué)材料研究中心在3D打印激光照明透明陶瓷研究方面取得進(jìn)展——該工作通過數(shù)字光處理打印技術(shù)（DLP）實(shí)現(xiàn)了3D打印用于激光照明的透明陶瓷，突破了傳統(tǒng)陶瓷成型工藝的限制。該成果發(fā)表在“國際陶瓷”（Ceramics International）期刊。

LED照明具有節(jié)能、污染小、效率高、壽命長等優(yōu)勢，但超過一定電流后會出現(xiàn)效率下降現(xiàn)象。激光照明系統(tǒng)能夠在較高的功率密度下實(shí)現(xiàn)高輸出效率（100-1000倍于LED），使得激光驅(qū)動的照明系統(tǒng)可為未來的固態(tài)照明提供優(yōu)勢，如高亮度、緊湊尺寸和定向照明。但是該系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)的激光驅(qū)動固態(tài)照明器件非常復(fù)雜，3D打印成為有力的解決方案。

（a）DLP三維打印透明陶瓷坯體示意圖；打印的LuAG:Ce陶瓷坯體照片：（b）蜂窩、（c）最小表面、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的燒結(jié)過程示意圖；（g）激光照明裝置；（h） 日光下放置在 "SIOM "字母上的拋光后3D打印LTC；（i）透光率光譜；（j）封裝在LD照明芯片中的燒結(jié)超半球3D打印LTC。

DLP是一種光聚合增材制造技術(shù)，它使用數(shù)字投影儀逐層固化墨水，以創(chuàng)建具有復(fù)雜形狀的物體。它可以同時固化整個層，因此可以實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)。它還支持高分辨率打印，允許創(chuàng)建復(fù)雜而詳細(xì)的對象。

此前，用于激光驅(qū)動SSL的透明陶瓷3D打印尚未得到探索。本次研究中，上海光機(jī)所科研人員開發(fā)了用于DLP的光固化陶瓷墨水，用于制造具有高印刷分辨率的激光驅(qū)動照明鈰活化镥鋁石榴石（LuAG:Ce）發(fā)光透明陶瓷組件。用于DLP印刷的墨水，具有高達(dá)50vol%的固含量和優(yōu)異的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了發(fā)光染料，以減少陶瓷粉末對紫外線的散射所產(chǎn)生的過量固化寬度效應(yīng)。此外，研究人員通過在脫脂過程后加入預(yù)燒結(jié)步驟，即輔助兩步燒結(jié)法進(jìn)一步增強(qiáng)了生坯的強(qiáng)度——3D打印陶瓷組件燒結(jié)完成后的相對密度達(dá)到96.4%，并展現(xiàn)出優(yōu)秀的透光率（約40%）。

最終實(shí)驗(yàn)表明，具有自由幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高激光通量閾值的LuAG:Ce LTCs三維打印技術(shù)的應(yīng)用，為大功率激光驅(qū)動照明提供了更高效、更可靠的解決方案。

文章來源：上海光機(jī)所

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