3D列印玻璃的快速演變

3D列印玻璃與其他製造方法相比具有幾個明顯的優點，一個優點是3D列印能夠產生其他製造方法無法處理的複雜形狀，另一個優點是對於製造商而言，3D列印可以創建包括具有嵌入式微流體通道的玻璃製品這樣功能性的產品，從而用於相應的應用領域。

很短的時間內

走過了很長的路

3D列印玻璃的發展可以回溯到2009年左右，隨後在世界各地不斷湧現出不同的3D列印玻璃的工藝。

以色列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，Micron3DP能夠把該材料的熔化溫度提升至1640攝氏度。並能夠列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列印速度快，能夠生產出非常高解析度的產品。

圖片：Micron3DP的玻璃3D列印

在Micron3DP宣布推出其玻璃3D列印技術之後不久，麻省理工學院緊隨其後，開發了一台玻璃3D印表機-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。印表機包括一個窯，將玻璃放置在其中並加熱到1900°F的溫度。熔化的玻璃然後通過噴嘴，將其擠出以冷卻和硬化。

隨後，麻省理工學院推出了G3DP2，這台3D印表機用於更大尺寸的玻璃物品的列印。這個新的製造平台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，並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。

圖片：MIT的玻璃3D列印

不是所有的玻璃3D印表機都採取熔融擠出的方式。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列印玻璃，這種3D列印技術可以創建微小而複雜的玻璃對象，實現精細解析度和複雜形狀。

圖片：KIT 3D列印的玻璃

根據KIT研究人員，他們的玻璃3D列印工藝比傳統的玻璃生產方法更快，並且不需要化學蝕刻，3D列印材料是一種混合溶液，玻璃粉末懸浮在液態光敏樹脂中。列印完成後將產品放在高溫烘箱中加熱，玻璃製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列印新技術，可以列印微反應器這樣非常複雜、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」，這樣印表機才能進行流暢的列印。

Fraunhofer研究所研發的這項3D列印技術可列印的材料是陶瓷、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。在列印過程中，印表機的電性溫度熔化了粘合劑，並混合著陶瓷、玻璃或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積後液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸列印出來。

2017年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）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科學谷了解到，LLNL的3D列印技術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。

LLNL的方法可以用於製造諸如激光器之類的光學應用玻璃，3D列印使得這種玻璃的製造更容易、更便宜。

玻璃3D列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列印根本就不存在。現在，3D列印玻璃正在應用到從藝術到建築，再到光學和微流控等領域。 雖然3D列印玻璃不太可能取代玻璃製造傳統方法，但這種工藝卻有力地補充了傳統製造工藝所不能實現的領域。

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