日本設計師探索水晶3D列印技術

OFweek3D列印網訊 3D列印用來製作玻璃藝術品已經不是新鮮事，然而3D列印施華洛世奇水晶或許會讓人感到不可思議。

日本工作室TAKT於2011年就由前員工Satoshi Yoshiizumi開始探索水晶的3D列印，他們的水晶列印具有什麼樣的特點？除了TAKT，設計師們還通過3D列印為水晶製造帶來哪些創新？本期，小編與大家共同來了解。

要理解3D列印水晶，先從理解水晶尤其是人造水晶與玻璃的區別開始。水晶和人造水晶都是晶體，即由分子按照一定的方向和規律堆積排布而成。因為它們是由不對稱的分子按照一定的方向堆積而成的，所以會表現出一定的「各向異性」。而玻璃是由熔融的以二氧化硅為主體的混合物快速冷卻得到的，因為沒有時間形成晶體，很多分子混亂地攪在一起，沒有方向性，因此他們表現出「各向同性」。

水晶和人造水晶同樣具有雙折射現象，方向合適的話，一束經過水晶光線會被折射向兩個不同的方向，而玻璃則不會發生這種現象――因為在水晶中，不同的方向光學性質不同，而在玻璃中，任何方向的光學特質都是相同的。

要達到獲取具有各向異性的人造水晶並不是容易的事情，一種變通的方法就是通過加入別的氧化物可以方便地給玻璃上色或者改變各種光學特性，例如微量的鐵可以使玻璃呈綠色，錳呈紫色，鈷呈藍色等等。加入鉛則可以增加玻璃的折射率，讓玻璃顯得更閃耀。

如果我們把像施華洛世奇這樣的人造水晶理解為高品質鉛玻璃，那麼我們就容易理解為什麼3D列印可以用於水晶的製造。

靈感來自於僅有1.5毫米厚的霜晶，TAKT項目通過3D列印技術創建了印花水晶系列的燭台和花瓶，它們具有細膩的肋紋紋理，工作室所這些不可能用傳統技術如玻璃成型，吹塑或切割來實現。具體的3D列印工作是由位於特拉維夫的Micron3DP公司完成的，這家公司聲稱自己是第一個做高解析度3D列印玻璃的公司。

不僅僅是TAKT項目，有的藝術家還嘗試列印會發光的水晶。藝術家Marjan van Aubel將一個微型太陽能電池板集成在水晶中，這增強了水晶從太陽中捕獲能量的能力，而成為攜帶型的小型電池。在白天攜帶的時候是裝飾品，在晚上的時候則可以成為照亮局部物品的「小電燈」。

在玻璃的3D列印方面，麻省理工學院在2015年就發明了使用玻璃作為列印材料的3D列印方法，該過程被稱為G3DP。G3DP被描述為使用光學透明玻璃用於高度精確3D列印的方法。該過程是可控制，並且可以提供透明度和顏色等列印選項。列印對象的厚度也可以控制，另外還可以控制列印物體的透射，反射和折射等參數。

據了解，TAKT項目所用到的Micron3DP的玻璃3D列印技術屬於熔融擠出3D列印技術。通過反覆試驗，Micron3DP終於在把材料溫度提升至850攝氏度之後成功地進行了玻璃的3D列印。而為了3D列印硼硅玻璃，這種玻璃通常會被用於製造更加耐用的器皿，比如在科學實驗室中使用的那些玻璃器皿，公司能夠把該材料的熔化溫度提升至1640攝氏度。

然而，其它的研究者，並不認為FDM是最好的列印玻璃的方式，這些研究者還試圖在較低的溫度下3D列印製作玻璃製品。

通常來說，FDM和立體3D列印技術不能夠完全熔化玻璃問題，導致多孔或非均勻結構。LLNL勞倫斯摩爾國家實驗室位於加利福尼亞的研究人員創造了一系列定製玻璃油墨，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採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，並因此可以在室溫下滿足列印需求。LLNL的研究人員介紹說這些特殊油墨可以進行熱處理，增強密度並消除列印過程中的其他問題。熱處理完成後，研究人員還可以進行光學質量的拋光，使零件更均勻更複合光學性能的要求。3D列印可以用來創建成分梯度，這些3D列印的光學組件可以用來降低光學系統的尺寸、重量或成本。

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