Kürzlich hat das Forschungszentrum für Infrarot-optische Materialien des Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) Fortschritte bei der Erforschung des 3D-Drucks transparenter Keramik für die Laserbeleuchtung erzielt – die Arbeit hat den 3D-Druck von realisiert transparente Keramik für die Laserbeleuchtung durch Digital Light Processing Printing (DLP), das die Einschränkungen des traditionellen Keramikformverfahrens durchbricht. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Ceramics International“ (Ceramics International) veröffentlicht.
LED-Beleuchtung bietet die Vorteile von Energieeinsparung, geringer Umweltverschmutzung, hoher Effizienz und langer Lebensdauer, aber die Effizienz sinkt, wenn ein bestimmter Strom überschritten wird. Laserbeleuchtungssysteme sind in der Lage, bei höheren Leistungsdichten eine hohe Ausgangseffizienz (100-1000-mal so hoch wie LEDs) zu erreichen, sodass lasergesteuerte Beleuchtungssysteme Vorteile für zukünftige Festkörperbeleuchtungen bieten, wie z. B. hohe Helligkeit, kompakte Größe usw gerichtete Beleuchtung. Allerdings sind die laserbetriebenen Festkörperbeleuchtungsgeräte für die optische Struktur dieses Systems sehr komplex und der 3D-Druck wird zu einer leistungsstarken Lösung.
(a) Schematische Darstellung von DLP-3D-gedruckten transparenten Keramikrohlingen; Fotos von gedruckten LuAG:Ce-Keramikrohlingen: (b) Wabenstruktur, (c) minimale Oberfläche, (d) Superhalbkugel und (e) Superhalbkugel unterschiedlicher Größe. (f) Schematische Darstellung des Sinterprozesses von 3D-gedrucktem LTC; (g) Laserbeleuchtungsgerät; (h) poliertes 3D-gedrucktes LTC, platziert auf „SIOM“-Buchstaben bei Tageslicht; (i) Lichtdurchlässigkeitsspektren; und (j) gesinterter superhalbkugelförmiger 3D-gedruckter LTC, eingekapselt in einem LD-Beleuchtungschip.
DLP ist eine additive Fertigungstechnologie durch Photopolymerisation, bei der mithilfe eines digitalen Projektors Tinte Schicht für Schicht ausgehärtet wird, um Objekte mit komplexen Formen zu erstellen. Es kann eine ganze Schicht gleichzeitig aushärten und ermöglicht so eine schnelle Produktion. Es unterstützt auch hochauflösendes Drucken und ermöglicht so die Erstellung komplexer und detaillierter Objekte.
Der 3D-Druck transparenter Keramik für lasergesteuertes SSL wurde bisher nicht erforscht. In dieser Studie entwickelten Forscher am Shanghai Institute of Optics and Mechanics (SIOM) lichthärtende Keramiktinten für DLP zur Herstellung von lasergesteuerten, beleuchteten lichtemittierenden transparenten Keramikkomponenten aus ceraktiviertem Lutetium-Aluminium-Granat (LuAG:Ce). mit hoher Druckauflösung. Die Tinte für den DLP-Druck hat einen Feststoffgehalt von bis zu 50 Vol.-% und hervorragende strukturviskose Eigenschaften. In der Studie wurden lumineszierende Farbstoffe in die DLP-Tinten eingeführt, um den durch die Streuung des UV-Lichts durch die Keramikpulver verursachten Überhärtungsbreiteneffekt zu reduzieren. Darüber hinaus steigerten die Forscher die Festigkeit der Rohlinge weiter, indem sie nach dem Entfettungsprozess einen Vorsinterschritt hinzufügten, ein unterstütztes zweistufiges Sinterverfahren – die 3D-gedruckten Keramikkomponenten sinterten auf eine endgültige relative Dichte von 96,4 % und zeigten eine hervorragende Leistung Lichtdurchlässigkeit (~40 %).
Das abschließende Experiment zeigt, dass die Anwendung der 3D-Drucktechnologie von LuAG:Ce LTCs mit freiem Geometriedesign und hoher Laserfluenzschwelle eine effizientere und zuverlässigere Lösung für laserbetriebene Hochleistungsbeleuchtung bietet.
