3D打印激光照明透明陶瓷研究取得新突破
发布时间：2023-10-24 来源：上海激光所
近期，中科院上海光机所红外光学材料研究中心在3D打印激光照明透明陶瓷研究方面取得进展——该工作通过数字光处理打印技术（DLP）实现了3D打印用于激光照明的透明陶瓷，突破了传统陶瓷成型工艺的限制。该成果发表在“国际陶瓷”（Ceramics International）期刊。
LED照明具有节能、污染小、效率高、寿命长等优势，但超过一定电流后会出现效率下降现象。激光照明系统能够在较高的功率密度下实现高输出效率（100-1000倍于LED），使得激光驱动的照明系统可为未来的固态照明提供优势，如高亮度、紧凑尺寸和定向照明。但是该系统光学结构的激光驱动固态照明器件非常复杂，3D打印成为有力的解决方案。
（a）DLP三维打印透明陶瓷坯体示意图；打印的LuAG:Ce陶瓷坯体照片：（b）蜂窝、（c）最小表面、（d）超半球和（e）不同尺寸的超半球。（f）3D打印LTC的烧结过程示意图；（g）激光照明装置；（h） 日光下放置在 "SIOM "字母上的抛光后3D打印LTC；（i）透光率光谱；（j）封装在LD照明芯片中的烧结超半球3D打印LTC。
DLP是一种光聚合增材制造技术，它使用数字投影仪逐层固化墨水，以创建具有复杂形状的物体。它可以同时固化整个层，因此可以实现快速生产。它还支持高分辨率打印，允许创建复杂而详细的对象。
此前，用于激光驱动SSL的透明陶瓷3D打印尚未得到探索。本次研究中，上海光机所科研人员开发了用于DLP的光固化陶瓷墨水，用于制造具有高印刷分辨率的激光驱动照明铈活化镥铝石榴石（LuAG:Ce）发光透明陶瓷组件。用于DLP印刷的墨水，具有高达50vol%的固含量和优异的剪切稀化性能。研究在DLP墨水中引入了发光染料，以减少陶瓷粉末对紫外线的散射所产生的过量固化宽度效应。此外，研究人员通过在脱脂过程后加入预烧结步骤，即辅助两步烧结法进一步增强了生坯的强度——3D打印陶瓷组件烧结完成后的相对密度达到96.4%，并展现出优秀的透光率（约40%）。
最终实验表明，具有自由几何结构设计和高激光通量阈值的LuAG:Ce LTCs三维打印技术的应用，为大功率激光驱动照明提供了更高效、更可靠的解决方案。
