Ce protocole présente la première méthodologie visuelle pour la gravure et la découpe d’aérogel uni et teint à l’aide d’un système de gravure au laser. Le principal avantage de cette technique est sa simplicité car elle permet de graver des monolithes d’aérogel de toute forme, taille ou couleur. La présentation vidéo permet de démontrer les considérations pratiques du protocole, y compris le placement de l’aérogel et l’alignement de la découpeuse laser.
Pour préparer un moule pour la fabrication de monolithes en aérogel, sélectionnez un moule en acier en trois parties composé d’une partie supérieure, centrale et inférieure avec des dimensions extérieures de 15,24 par 14 centimètres dans une cavité de 10 par 11 centimètres au centre. La partie supérieure du moule doit avoir sept trous d’aération de 0,08 centimètre de chaque côté. Utilisez du savon dilué et une éponge texturée rugueuse pour frotter les parties supérieure, moyenne et inférieure du moule et sécher toutes les parties propres du moule avec une serviette en papier.
Après le séchage, utilisez des lingettes nettoyantes jetables individuelles trempées à l’acétone pour essuyer le moule jusqu’à ce que la lingette de nettoyage reste propre. Ensuite, utilisez du papier de verre à grain 2 000 pour poncer légèrement toutes les surfaces jusqu’à ce que le moule soit lisse au toucher et que tout résidu d’utilisations précédentes ait été éliminé, en accordant une attention particulière à l’intérieur du moule central où l’aérogel est formé. Dégagez les trous d’aération sur la partie supérieure du moule avec de l’air comprimé et appliquez manuellement environ 2,4 millilitres de graisse sous vide poussé dans une couche épaisse, voire d’un à deux millimètres, sur toute la surface de connexion supérieure du moule inférieur et environ un millilitre de graisse dans une couche épaisse, voire d’un à deux millimètres, à la moitié extérieure de la surface de connexion inférieure du moule supérieur.
Appliquez environ 0,5 millilitre de graisse sous vide poussé dans une couche encore inférieure à 0,5 millimètre sur les surfaces intérieures des moules supérieur et inférieur et utilisez une lingette nettoyante jetable pour essuyer l’excès de graisse jusqu’à ce que la surface soit lisse et qu’il ne reste plus d’adhérence de la graisse. Appliquez manuellement 0,5 millilitre de graisse sous vide poussé dans une couche de graisse encore inférieure à 0,5 millimètre sur la surface intérieure du moule du milieu. Pour préparer le fichier de motif de gravure, ouvrez un nouveau document dans une application de dessin appropriée et ajoutez le texte ou l’image souhaité de n’importe quelle taille et largeur de ligne directement au document, puis enregistrez le fichier.
Pour graver un monolithe d’aérogel, allumez d’abord le graveur laser, le système d’échappement sous vide et l’ordinateur connecté. Mesurez la taille de la surface du monolithe d’aérogel qui sera gravée et ouvrez le fichier de motif de gravure. Réglez la taille de dimension du document pour qu’elle corresponde à la taille du monolithe Aerogel mesurée et ouvrez le couvercle du graveur laser.
Utilisez une main gantée pour placer l’aérogel sur la plate-forme du graveur laser et alignez l’aérogel dans le coin supérieur gauche avec l’aérogel touchant les règles supérieures et gauches. Retournez la jauge de mise au point manuelle de l’aimant en forme de V fixée au laser à l’envers et appuyez sur Focus sur le graveur laser. Protégez le monolithe Aerogel avec une lingette nettoyante jetable et utilisez la flèche vers le haut sur le panneau de commande du graveur laser pour déplacer la plate-forme du graveur laser jusqu’à ce que la partie inférieure de la jauge de mise au point manuelle touche simplement l’aérogel.
Retirez la lingette et ressaisir la jauge à sa position d’origine. Fermez le couvercle du graveur laser et cliquez sur Fichier et imprimer dans le programme de dessin. Sélectionnez le graveur laser comme emplacement d’impression et ouvrez la fenêtre des préférences pour définir les propriétés de l’imprimante.
Sélectionnez le mode raster dans un DPI de 600, une vitesse de 100 % et une puissance de 55 % Confirmez que la taille de la pièce correspond à la taille du monolithe d’aérogel mesurée et cliquez sur Appliquer et imprimer. Sur le panneau avant du graveur laser, cliquez sur Job et sélectionnez le nom de fichier correspondant. Cliquez sur Go.Lorsque le graveur laser a terminé, cliquez sur Focus et utilisez la flèche vers le bas sur le panneau de commande avant du graveur laser pour abaisser la base.
Utilisez une main gantée pour transférer doucement l’aérogel de la plate-forme du graveur laser à son récipient et cliquez sur Corbeille pour purger le travail du graveur. Pour couper un monolithe d’aérogel, allumez le graveur laser, le système d’échappement sous vide et l’ordinateur connecté et mesurez la taille de la surface du monolithe d’aérogel à couper. Pour la découpe générale, ouvrez un nouveau document dans le programme de dessin et entrez les dimensions de la taille du document à corréler avec la taille du monolithe Aerogel mesurée.
Utilisez l’outil de dessin de largeur de racine des cheveux pour créer le motif qui sera coupé et positionnez le motif pour qu’il corresponde à l’emplacement de coupe souhaité sur l’aérogel. Nettoyez une feuille d’acier inoxydable de 0,0127 millimètre d’épaisseur suffisamment grande pour recouvrir la base du monolithe Aerogel d’acétone et placez la feuille sur la plate-forme du graveur laser. Alignez l’aérogel et la feuille d’acier inoxydable dans le coin supérieur gauche avec l’aérogel touchant les règles supérieures et gauches et ajustez la position de la jauge comme indiqué.
Cliquez sur Fichier et imprimer dans le programme de dessin, sélectionnez le graveur laser comme emplacement d’impression et ouvrez la fenêtre des préférences pour définir les propriétés de l’imprimante. Sélectionnez le mode vectoriel et réglez le DPI sur 600, la vitesse sur 3%, la puissance sur 90% et la fréquence de 1 000 Hertz. Vérifiez que la taille de la pièce correspond à la taille de l’aérogel mesurée.
La profondeur de la coupe variera en fonction de la vitesse du laser. Cliquez sur Job et Go pour lancer la découpe comme illustré. Après avoir prélevé l’échantillon, utilisez une brosse en mousse pour retirer doucement tous les petits morceaux d’ablé ablé d’aérogel laissés sur la face du monolithe qui était en contact avec le laser.
Pour cette approche de mosaïque d’aérogel, le même motif a été découpé en trois monolithes d’aérogel teints différents et les pièces ont été réassemblées en un motif de mosaïque. Il est possible de graver des dessins sur des pièces monolithiques plus petites, comme démontré pour obtenir des arrangements visuellement intéressants dans des conditions de lumière naturelle et ultraviolette, même sur des pièces plus petites. Comme illustré, les aérogels natifs peuvent être gravés avec des motifs de densité variable avec des photographies imprimées sur la surface avant d’un aérogel planaire, sur une surface incurvée et sur des aérogels teints par fluorescence.
Dans cette image au microscope électronique à balayage d’un aérogel de silice gravé, l’interface entre les lignes gravées et l’aérogel nanoporeux presque lisse et non attaché peut être observée. La gravure provoque l’ablation et la fusion du matériau de surface en structures filamentaires comme on l’observe sur cette image montrant l’effet d’une seule impulsion laser de l’aérogel. Une préparation minutieuse, y compris l’ajustement du contraste des images à graver, est essentielle pour obtenir des résultats de haute qualité.
Un raffinement supplémentaire de la méthode de gravure au laser pourrait fournir une alternative au micro-usinage des aérogels de silice. Les monolithes esthétiques en aérogel pourraient trouver une application dans une grande variété de domaines, y compris les œuvres d’art et les bâtiments durables.
