3D材料：玻璃變形記

魔猴君  行業資訊   2765天前

3D打印玻璃與其他制造方法相比具有幾個明顯的優點，一是3D打印能夠生產其他制造方法無法處理的復雜形狀，另一個是對制造商而言，3D打印可以創建包括具有嵌入式微流體通道的玻璃制品這樣功能性的產品，從而用于相應的應用領域。

3D打印玻璃的發展可以回溯到2009年左右，隨后在世界各地不斷涌現出不同的3D打印玻璃的工藝。

以色列Micron3DP的玻璃3D打印技術屬于熔融擠出3D打印技術。通過反復試驗，Micron3DP終于在把材料溫度提升至850攝氏度之后成功地進行了玻璃的3D打印。而為了3D打印硼硅玻璃，這種玻璃通常會被用于制造更加耐用的器皿，比如在科學實驗室中使用的那些玻璃器皿，Micron3DP能夠把該材料的熔化溫度提升至1640攝氏度。并能夠打印兩種類型的玻璃材料：鈉鈣和硼硅酸鹽。Micron3DP希望在未來開發更多的玻璃材料。這種熔融擠出的玻璃3D打印速度快，能夠生產出非常高分辨率的產品。

Micron3DP的玻璃3D打印

在Micron3DP宣布推出其玻璃3D打印技術之后不久，麻省理工學院緊隨其后，開發了一臺玻璃3D打印機-G3DP，G3DP被描述為使用光學透明玻璃用于高度精確3D打印的方法。該過程是可控制，并且可以提供透明度和顏色等打印選項，打印對象的厚度也可以控制。另外還可以控制打印物體的透射，反射和折射等參數。打印機包括一個窯，將玻璃放置在其中并加熱到1900°F的溫度。熔化的玻璃然后通過噴嘴，將其擠出以冷卻和硬化。

隨后，麻省理工學院推出了G3DP2，這臺3D打印機用于更大尺寸的玻璃物品的打印。這個新的制造平臺包括一個數字集成的熱控制系統，這個熱控制系統可以伴隨玻璃成型的各個階段，以及一個新型的四軸運動控制系統，實現對流量的控制，并且控制空間方面的尺寸精度。G3DP2具有更高的生產率，可以連續沉積高達30kg的熔融玻璃。

不是所有的玻璃3D打印機都采取熔融擠出的方式。今年早些時候，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT)的研究人員通過光固化技術實現了3D打印玻璃，這種3D打印技術可以創建微小而復雜的玻璃對象，實現精細分辨率和復雜形狀。

KIT 3D打印的玻璃

根據KIT研究人員，他們的玻璃3D打印工藝比傳統的玻璃生產方法更快，且不需要化學蝕刻，3D打印材料是一種混合溶液，玻璃粉末懸浮在液態光敏樹脂中。打印完成后將產品放在高溫烘箱中加熱，玻璃制品中的塑料成分被燒掉，留下純玻璃。

2016年，德國Fraunhofer陶瓷技術和IKTS系統研究所研發了一項3D打印新技術，可以打印微反應器這樣非常復雜、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”，這樣打印機才能進行流暢的打印。

Fraunhofer研究所研發的這項3D打印技術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的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機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。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。

2017年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）位于加利福尼亞的研究人員創造了一系列定制玻璃油墨，他們認為他們已經解決了那些導致多孔或非均勻結構的問題。

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的研究人員介紹說這些特殊油墨可以進行熱處理，增強密度并消除打印過程中的其他問題。熱處理完成后，研究人員還可以進行光學質量的拋光，使零件更均勻更復合光學性能的要求。LLNL的3D打印技術可以用來創建成分梯度，這些3D打印的光學組件可以用來降低光學系統的尺寸、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應用玻璃，3D打印使得這種玻璃的制造更容易、更便宜。

玻璃3D打印在短時間內已經走了很長的一段路–只是在幾年前，玻璃3D打印根本就不存在。現在，3D打印玻璃正在應用到從藝術到建筑，再到光學和微流控等領域。 雖然3D打印玻璃不太可能取代玻璃制造傳統方法，但這種工藝卻有力地補充了傳統制造工藝所不能實現的領域。

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來源：中國3D打印網