Este novo método de impressão 3D pode tornar a fibra óptica mais barata

Jan 26, 2024

Elizabeth Montalbano | 02 de dezembro de 2019

Um novo processo de impressão 3D desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Sydney, na Austrália, pode reduzir drasticamente o custo de fabricação de fibras ópticas de vidro. Isso não apenas levaria a reduções de custo na fabricação dos notoriamente caros cabos de fibra ótica para redes de telecomunicações, mas também poderia levar a novos projetos e aplicações.

O processo de fabricação atual requer tubos giratórios em um torno com núcleos de fibra precisamente centralizados, o que é trabalhoso, disse John Canning, que liderou a equipe de pesquisa.

O novo processo relaxa alguns dos requisitos de geometria, que é uma das partes mais complexas do processo.

"Com a manufatura aditiva, não há necessidade de centralizar a geometria da fibra", disse Canning em um comunicado à imprensa. "Isso remove uma das maiores limitações no design da fibra e reduz muito o custo de fabricação da fibra."

A equipe publicou um artigo sobre seu trabalho na revista Optics Letters.

Uma evolução na fabricação

Os pesquisadores disseram que sua invenção foi informada por pesquisas anteriores nas quais eles fabricaram fibra usando um material polimérico de uma pré-forma impressa em 3D. Anteriormente, era extremamente desafiador usar sílica nesse tipo de processo de impressão devido às altas temperaturas (mais de 1.900 graus Celsius) necessárias para imprimir vidro.

“Graças a uma nova combinação de materiais e integração de nanopartículas, mostramos que é possível imprimir em 3D uma pré-forma de sílica”, disse Canning em comunicado à imprensa.

Para fabricar vidro de sílica, Canning e sua equipe usaram uma impressora 3D de projeção de luz direta (DLP), disponível comercialmente e normalmente usada para criar objetos de polímero. Para este tipo de fabricação, a impressora utiliza um projetor de luz digital para polimerizar monômeros fotorreativos.

A criação de um objeto de sílica exigia a modificação do processo, bem como dos materiais utilizados. Do lado dos materiais, os pesquisadores adicionaram nanopartículas de sílica ao monômero em quantidades de 50% ou mais em peso.

Eles então projetaram um objeto cilíndrico impresso em 3D que continha um orifício para um núcleo e inseriram a mistura de materiais de polímero e nanopartículas no orifício. Desta vez, porém, mudaram um pouco a fórmula, acrescentando germanosilicato às nanopartículas de sílica. Isso criou um índice de refração mais alto para permitir a integração de uma variedade de dopantes, disseram os pesquisadores.

A próxima etapa do processo exigiu um processo de aquecimento exclusivo chamado debinding, que removeu o polímero da mistura de materiais para deixar apenas nanopartículas de sílica ligadas por forças intermoleculares.

Por fim, aumentando ainda mais a temperatura, os pesquisadores fundiram as nanopartículas em uma estrutura sólida que poderia ser inserida em uma torre de desenho, onde novamente aqueceram e também puxaram o objeto para criar a fibra ótica.

O caminho para a comercialização

Para validar seu processo, os pesquisadores fabricaram uma pré-forma equivalente a uma fibra de germanosilicato padrão que poderia ser usada para criar fibras multimodo ou monomodo, disse Canning.

Eles reconheceram que encontraram uma limitação em seu trabalho quando observaram altas perdas de luz nas primeiras fibras ópticas que imprimiram. No entanto, Canning disse que identificou o problema e está trabalhando para corrigi-lo.

"Com melhorias adicionais para limitar as perdas de luz, esta nova abordagem poderia potencialmente substituir o método convencional baseado em torno de fazer fibras ópticas de sílica", disse ele em um comunicado à imprensa.

Usar esse processo no lugar da fabricação atual reduziria os custos em geral - não apenas na fabricação e nos custos de material, mas também em termos de mão de obra, uma vez que também reduz o treinamento e o fator de perigo que os trabalhadores da produção enfrentam, disse Canning.

A equipe está atualmente buscando parceria com uma empresa comercial de fabricação de fibra para melhorar e comercializar a tecnologia. Os pesquisadores também desejam acelerar a pesquisa e conduzir novas abordagens de fabricação neste campo.