使用再生玻璃進行體積 3D 打印,，T3DP 開發(fā)半導體和太陽能電池生產(chǎn)新技術(shù)

2023年10月10日,，南極熊獲悉,，總部位于加利福尼亞州的 3D 打印技術(shù)公司T3DP開發(fā)了一種新型 3D 打印材料，該原料是由回收玻璃廢料和Tethon 3D 的 Genesis 開發(fā)樹脂的混合制備而成,。這項創(chuàng)新使得體積 3D 打印技術(shù)能夠應(yīng)用到微型 3D 太陽能電池和半導體的生產(chǎn),。

T3DP 創(chuàng)始人 DanielClarke 解釋道：“基于我們的工藝，我們可以使用具有超光滑表面的 UV 固化聚合物樹脂打印大型模具,，在室溫下鑄造金屬,，然后燒結(jié)去除粘合劑樹脂，從而留下具有 RA 表面的超光滑金屬和其他材料,。在某些情況下,，光潔度為 1 µm 及以下�,！�

T3DP 的新技術(shù)受到馬里蘭大學研究人員開發(fā)的“超快高溫燒結(jié)” (UHS) 的啟發(fā),，據(jù)報道該技術(shù)可將燒結(jié)時間縮短至 10 秒以下。

△使用 T3DP 技術(shù)制造的組件,。 照片來自 T3DP

可持續(xù)半導體和太陽能電池生產(chǎn)

T3DP 新技術(shù)的核心是將玻璃廢料與Tethon 3D 的樹脂混合,，創(chuàng)造出一種具有卓越性能的新型材料。據(jù) T3DP 稱,，這種組合可實現(xiàn)下一代體積 3D 打印和光聚合物成型。這使得微型 3D 太陽能電池/模塊和先進半導體玻璃基板的生產(chǎn)成為可能,，其中微芯片和存儲器可以放置在玻璃上,。  

用于半導體應(yīng)用的傳統(tǒng) 3D 打印技術(shù)通常依賴于耗時耗力的流程。據(jù)稱,，T3DP 的新方法可以正面應(yīng)對這些挑戰(zhàn),，提供可持續(xù)的替代方案，提高制品性能并減少制造過程的碳足跡。

Clarke 評論道：“這項創(chuàng)新不僅能夠徹底改變 3D 打印行業(yè),，而且能夠徹底改變整個材料研究,。T3DP 將回收玻璃和樹脂融合在一起，是邁向可持續(xù),、高性能制造的非凡一步,。”

體積3D打印和高速燒結(jié)

在制造過程中,，T3DP 利用線性體積3D 打印來生產(chǎn)超光滑模具的小部分,，然后將其縫合在一起以制成更大的模具。在這里,，回收的玻璃廢料與 Tethon的 Genesis 開發(fā)的樹脂混合,，然后將玻璃模制成聚合物。

Clarke 表示,，體積 3D 打印過程可能需要幾秒到幾分鐘才能完成,，對于 6 英寸 x 6 英寸的大面積基材，成型過程需要 10 到 20 秒,。  

然后使用馬里蘭大學的 UHS 技術(shù)對體積 3D 打印的“生坯部件”進行燒結(jié),。這種新穎的燒結(jié)工藝結(jié)合了輻射熱和接觸熱，可實現(xiàn)材料快速均勻加熱高達 3000℃,。據(jù)報道,，燒結(jié)在 10 秒內(nèi)完成，比傳統(tǒng)爐燒結(jié)快 1000 倍以上,。馬里蘭大學的子公司HighT-Tech正在將這種高速燒結(jié)技術(shù)商業(yè)化,。

△燒結(jié)過程。照片來自 T3DP

優(yōu)化半導體和太陽能電池生產(chǎn)

在使用這項新技術(shù)制造半導體時,，T3DP 使用熔融石英來制造 3D 玻璃中介層,。這繞過了傳統(tǒng)電子 3D 打印工藝的需要，包括直接寫入,、蝕刻和光刻,。

Clarke解釋道：“這些是復雜的微觀結(jié)構(gòu)。我們繞過光刻（互連線的直接寫入）和反應(yīng)離子蝕刻,，只需將 3D 太陽能和半導體玻璃基板的整個結(jié)構(gòu)模制成一體,。”

Clarke 表示,，這一過程使計算能力提高了 8 倍以上,，更多的芯片和內(nèi)存能夠塞進更小的占地面積，從而節(jié)省 50% 的能源,。Clarke 補充說,，T3DP 擁有一種特殊的專有混合物,，可以使玻璃的強度提高 10 倍，并且不易破裂,。 此外,，T3DP 的新技術(shù)據(jù)說可以優(yōu)化微型 3D 電池/模塊的生產(chǎn)。  

據(jù)說這些組件可提供全年可靠性,，并且包括能夠在上午 7 點至晚上 7 點捕獲更多陽光的 3D 表面,。此外，Clarke 聲稱,，T3DP 3D 打印太陽能電池/模塊在相同的地面面積上可提供 15-100% 的能源,，同時在炎熱地區(qū)可將電力提高 39%。Clarke還表示,，微型3D太陽能電池基板無法通過傳統(tǒng)的玻璃制造方法來制造,。  

△T3DP 設(shè)計的較大太陽能電池板的六邊形部分。 圖片來自 T3DP

T3DP技術(shù)的未來

Clarke 表示,，這項新技術(shù)對 3D打印行業(yè)具有巨大潛力,。Clarke解釋道：“我們的成型與材料無關(guān)。目前我們只能生產(chǎn)陶瓷和玻璃,。Bucktown Polymers正在開發(fā)一種新型鑄造樹脂,，這將使我們的工藝材料能夠與幾乎任何材料配合使用，因為它是化學固化 3D 打印樹脂而不是光固化樹脂,�,！�

Clarke 還強調(diào)了 T3DP 的新工藝相對于電動汽車制造商Tesla的優(yōu)勢，后者使用大型砂模來進行千兆鑄造汽車底盤,。在商業(yè)化方面,，Clarke聲稱T3DP處于7級技術(shù)準備狀態(tài)。換句話說,，該公司回收的玻璃廢料和Tethon樹脂的原型已在操作環(huán)境中成功演示,。

展望未來，Clarke 對快速進入市場充滿信心：“我們有望在不到 12 個月的時間內(nèi)將模具商業(yè)化,。體積 3D 打印機開發(fā)商Xolo正在歐洲將T3DP 的體積 3D 打印技術(shù)商業(yè)化,，但一旦在美國銷售，就必須獲得 IP（知識產(chǎn)權(quán)）許可,�,！�

此外，Clarke 表示,，生產(chǎn) 3D 太陽能組件的工藝應(yīng)該會在 18 個月內(nèi),，甚至更快實現(xiàn)商業(yè)化。

玻璃3D打印

基于玻璃的 3D 打印并不是什么新鮮事,。今年早些時候，奧地利陶瓷 3D 打印公司Lithoz宣布與玻璃制造商Glassomer合作推出高性能熔融石英玻璃 LithaGlass 。該材料針對 Lithoz 基于光刻的陶瓷制造 (LCM) 技術(shù)進行了優(yōu)化,。該公司聲稱,，這種以石英玻璃為基底的復合漿料將對陶瓷3D打印領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。   

在其他地方,，美國國防部支持的麻省理工學院林肯實驗室的研究人員去年開發(fā)了一種低溫方法來3D 打印玻璃物體,。與傳統(tǒng)的玻璃 3D 打印和后處理不同，傳統(tǒng)的玻璃 3D 打印和后處理需要將部件暴露在 1,000℃ 或更高的溫度下,，而該工藝需要分層定制的高填充墨水,，可在 250℃ 下固化。

△麻省理工學院科學家的低溫玻璃 3D 打印工作流程,。圖片來自麻省理工學院林肯實驗室,。

研究人員在論文中解釋說：“我們設(shè)想這種多功能材料平臺與多材料增材制造相結(jié)合，將能夠制造各種堅固的微系統(tǒng),�,！�