玻璃3D打印的快速演變

與采用傳統(tǒng)方法相比,，用3D打印技術(shù)制造玻璃品有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：其一是能做出非常復(fù)雜的形狀,，其二是能做出嵌入式的微流體通道,，從而令產(chǎn)品具實(shí)際功能。

3D打印玻璃的起源可以追溯到2009年,。那之后,，世界各地便相繼涌現(xiàn)出了多種不同的3D打印玻璃工藝。

以色列Micron3DP公司就是首批3D打印玻璃玩家之一,。他們采用的技術(shù)是與FDM類似的熔融擠出,，速度快，分辨率也不錯(cuò),，最高加熱溫度可達(dá)1640攝氏度,，能打印鈉鈣玻璃和硼硅酸鹽玻璃。未來(lái),，該公司希望能進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出更多可以被3D打印的玻璃材料,。

▲Micron3DP的3D打印玻璃品

著名高等學(xué)府美國(guó)麻省理工學(xué)（MIT）是Micron3DP之后的新玩家，研制出了一臺(tái)叫做G3DP的玻璃,。它同樣采用了熔融擠出技術(shù),，但打印尺寸更大，制造能力也更強(qiáng)（能連續(xù)沉積30kg的熔融玻璃）,，同時(shí)采用了更強(qiáng)的數(shù)字集成熱控制系統(tǒng)和新型的四軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) — 前者可以很好地控制玻璃成型的各個(gè)階段,，后者則能夠精確控制流量和打印的精度。

更棒的是,，這臺(tái)機(jī)器還能控制打印層厚,，以及玻璃的透明度、顏色,、透射、反射和折射等參數(shù),。機(jī)器本身包含一個(gè)窯,，而玻璃原材料就是在那里被融化,，然后通過(guò)噴嘴擠出的。

▲MIT的3D打印玻璃品

不過(guò),，并非所有的玻璃3D打印機(jī)采用的都是熔融擠出技術(shù),，比如今年早些時(shí)候，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）就通過(guò)光固化技術(shù)（SLA）實(shí)現(xiàn)了玻璃的3D打印,。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能做出更加微小且復(fù)雜的對(duì)象,。

▲KIT的3D打印玻璃品

據(jù)KIT研究人員介紹，他們的技術(shù)比傳統(tǒng)的玻璃生產(chǎn)方法更快,，并且不需要化學(xué)蝕刻,。所用的材料是一種混合溶液，其中玻璃粉末會(huì)懸浮在液態(tài)光敏樹脂中,。打印完成后將產(chǎn)品放在高溫烘箱中加熱燒掉樹脂,，就得到了純玻璃制品。

2016年,，德國(guó)Fraunhofer陶瓷技術(shù)和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項(xiàng)3D打印新技術(shù),，可以打印微反應(yīng)器這樣非常復(fù)雜、微小部件,。金屬,、玻璃或陶瓷粉末材料被均勻的混合在粘合劑中。粘度也是精確控制,，混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”,，這樣打印機(jī)才能進(jìn)行流暢的打印。

Fraunhofer研究所研發(fā)的這項(xiàng)3D打印技術(shù)可打印的材料是陶瓷,、玻璃或金屬粉末懸浮液,。陶瓷、玻璃或金屬粉末被混合在一種低熔點(diǎn)的熱塑性粘合劑中,，熱塑性粘合劑在80攝氏度時(shí)就會(huì)融化成為液體,。在打印過(guò)程中，打印機(jī)的電性溫度熔化了粘合劑,，并混合著陶瓷,、玻璃或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來(lái)。沉積后液滴迅速冷卻變硬,，三維對(duì)象就這樣被點(diǎn)對(duì)點(diǎn)逐漸打印出來(lái),。

2017年，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）位于加利福尼亞的研究人員創(chuàng)造了一系列定制玻璃油墨,，他們認(rèn)為他們已經(jīng)解決了那些導(dǎo)致多孔或非均勻結(jié)構(gòu)的問(wèn)題,。

LLNL采用的玻璃顆粒的濃縮懸浮液油墨具有高度控制的流動(dòng)性能，并因此可以在室溫下滿足打印需求,。LLNL的研究人員介紹說(shuō)這些特殊油墨可以進(jìn)行熱處理,，增強(qiáng)密度并消除打印過(guò)程中的其他問(wèn)題,。熱處理完成后，研究人員還可以進(jìn)行光學(xué)質(zhì)量的拋光,，使零件更均勻更復(fù)合光學(xué)性能的要求,。3D科學(xué)谷了解到，LLNL的3D打印技術(shù)可以用來(lái)創(chuàng)建成分梯度,，這些3D打印的光學(xué)組件可以用來(lái)降低光學(xué)系統(tǒng)的尺寸,、重量或成本。

LLNL的方法可以用于制造諸如激光器之類的光學(xué)應(yīng)用玻璃,，3D打印使得這種玻璃的制造更容易,、更便宜。

玻璃3D打印在短時(shí)間內(nèi)已經(jīng)走了很長(zhǎng)的一段路 – 只是在幾年前,，玻璃3D打印根本就不存在�,，F(xiàn)在,，3D打印玻璃正在應(yīng)用到從藝術(shù)到建筑,，再到光學(xué)和微流控等領(lǐng)域。 雖然3D打印玻璃不太可能取代玻璃制造傳統(tǒng)方法,，但這種工藝卻有力地補(bǔ)充了傳統(tǒng)制造工藝所不能實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域,。

延伸閱讀：
《麻省理工（MIT）開(kāi)發(fā)出高精度玻璃3D打印技術(shù)》
《3D打印透明玻璃，光固化（SLA）技術(shù)變種》

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來(lái)源：3D科學(xué)谷