Les chercheurs ont développé un moyen d'utiliser l'impression 3D pour créer une préforme qui peut être étirée dans des fibres optiques en verre de silice, qui forment l'épine dorsale du réseau mondial de télécommunications. Cette nouvelle méthode de fabrication pourrait non seulement simplifier la production de ces fibres, mais également permettre des conceptions et des applications qui n'étaient pas possibles auparavant.

"La fabrication de fibres optiques en silice implique le processus à forte intensité de main-d'œuvre consistant à filer des tubes sur un tour, qui nécessite un centrage précis du ou des coeurs de la fibre, " a expliqué John Canning qui a dirigé l'équipe de recherche de l'Université de technologie de Sydney. " Avec la fabrication additive, il n'est pas nécessaire que la géométrie de la fibre soit centrée. Cela supprime l'une des plus grandes limitations de la conception des fibres et réduit considérablement le coût de fabrication des fibres."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , Le groupe de Canning, en collaboration avec l'équipe de recherche de Gang-Ding Peng à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud à Sydney, rapporte les premières fibres de verre de silice tirées de préformes imprimées en 3D.

"Les approches de fabrication additive telles que l'impression 3D sont bien adaptées pour changer l'ensemble de l'approche de la conception et du but des fibres, " a déclaré Canning. " Cela pourrait, par exemple, élargir les applications des capteurs à fibre optique, qui surpassent de loin les équivalents électroniques en termes de longévité, l'étalonnage et la maintenance, mais n'ont pas été largement déployés en raison de leur fabrication coûteuse."

Traduire l'impression 3D polymère en verre

La nouvelle réalisation s'appuie sur des travaux antérieurs dans lesquels les chercheurs ont utilisé un matériau polymère pour démontrer la première fibre tirée d'une préforme imprimée en 3D. L'application de cette approche à la silice s'est avérée difficile en raison d'immenses défis matériels, notamment les températures élevées (plus de 1900 degrés Celsius) nécessaires à l'impression 3D du verre.

"Grâce à une nouvelle combinaison de matériaux et d'intégration de nanoparticules, nous avons montré qu'il était possible d'imprimer en 3D une préforme en silice, " a déclaré Canning. " Nous nous attendons à ce que cette avancée apporte une vague d'activité, y compris d'autres approches de fabrication additive, pour accélérer ce domaine.

Dans le nouveau travail, les chercheurs ont utilisé une imprimante 3D à projection à lumière directe disponible dans le commerce. Ce type de fabrication additive est extrêmement précis et généralement utilisé pour créer des objets en polymère en utilisant un projecteur de lumière numérique pour polymériser des monomères photo-réactifs. Pour créer un objet en silice, les chercheurs ont ajouté des nanoparticules de silice dans le monomère à des quantités de 50 pour cent ou plus en poids. Ils ont conçu un objet cylindrique imprimé en 3D qui contenait un trou pour un noyau. Ils ont ensuite inséré un mélange similaire de polymère et de nanoparticules dans le trou, cette fois en ajoutant du germanosilicate aux nanoparticules de silice pour créer un indice de réfraction plus élevé. De cette façon, l'intégration d'une gamme de dopants devient possible.

Prochain, les chercheurs ont utilisé une étape de chauffage unique appelée déliantage pour éliminer le polymère et ne laisser que les nanoparticules de silice, qui sont maintenus ensemble par des forces intermoléculaires. Finalement, l'augmentation de la température a encore fusionné les nanoparticules en une structure solide qui pourrait être insérée dans une tour d'étirage où elle est chauffée et tirée pour créer la fibre optique.

Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle technique pour fabriquer une préforme équivalente à une fibre germanosilicate standard qui pourrait être utilisée pour créer des fibres multimodes ou monomodes, selon les conditions de dessin. Bien qu'ils aient observé des pertes de lumière élevées dans les fibres optiques fabriquées initiales, ils ont depuis identifié les causes de ces pertes et s'efforcent d'y remédier.

"La nouvelle technique a fonctionné étonnamment bien et peut être appliquée à une gamme de traitement de matériaux en verre pour améliorer d'autres types de composants optiques, " a déclaré Canning. " Avec d'autres améliorations pour limiter les pertes de lumière, cette nouvelle approche pourrait potentiellement remplacer la méthode conventionnelle basée sur le tour de fabrication de fibres optiques en silice. Cela réduirait non seulement les coûts de fabrication et de matériel, mais également les coûts de main-d'œuvre, car la formation et les risques sont réduits."

Les chercheurs souhaitent travailler avec une entreprise commerciale traditionnelle de fabrication de fibres pour améliorer et commercialiser la technologie. Ils prévoient également d'explorer d'autres méthodes pour accélérer l'impression 3D en l'affinant pour différentes applications.