玻璃是地球上最古老的材料之一，人類在十萬多年前就開始加工。它被用來制造工具和武器，隨著時(shí)間推移，其應(yīng)用范圍不斷增加。看看我們今天的周遭，玻璃無處不在，且以多種形式存在。還有許多不同的變體，具有不同的特性和特性。但如果玻璃如此普遍地融入我們的生活，增材制造又如何呢？玻璃可以3D打印嗎？答案是肯定的，但這是一種復(fù)雜的材料。事實(shí)上，玻璃加工需要非常高的熔點(diǎn)（約1000°C）和極其受控、精確的熱環(huán)境。盡管有這些限制，一些廠商開發(fā)出能夠生產(chǎn)各種零件的玻璃3D打印機(jī)。雖然部分已商業(yè)化，但大多數(shù)仍處于研究項(xiàng)目階段。這里還有更多！

楓葉玻璃印刷廠的楓4號(hào)

Maple 4 是一款桌面玻璃3D打印機(jī)，結(jié)合了簡(jiǎn)潔與先進(jìn)性能。與傳統(tǒng)玻璃制造需要極端高溫和專業(yè)設(shè)備不同，該系統(tǒng)使工藝更易接近且高效。體積緊湊，尺寸為736 x 600 x 985毫米，重量約100公斤，使用標(biāo)準(zhǔn)的220–240V電源插座，噴嘴溫度接近1000°C。 它擁有200×200×300毫米的打印體積，能夠處理高流量打印。它還能在不到一小時(shí)內(nèi)生產(chǎn)出精細(xì)的玻璃零件。其功能包括一鍵打印、自動(dòng)網(wǎng)格床平和磁性打印床，這些都有助于使用方便并確保結(jié)果一致。

來自Nobula的玻璃3D打印機(jī)

Nobula玻璃3D打印機(jī)引入了直接玻璃激光沉積（DGLD）技術(shù)，公司稱其“使玻璃打印和打印塑料一樣簡(jiǎn)單”。該打印機(jī)在非接觸式激光加熱下可達(dá)到2200°C。它高精度且節(jié)能，同時(shí)無需后期處理。該設(shè)備尺寸約為100×40×60厘米，重量略超50公斤。該系統(tǒng)分辨率為100–250微米，支持0%至100%的填充。打印速度從每分鐘5毫米到200毫米不等，用戶可以制作出細(xì)節(jié)精細(xì)且性能優(yōu)異的獨(dú)立結(jié)構(gòu)。該設(shè)備針對(duì)硅玻璃進(jìn)行了優(yōu)化，兼容Nobula和商業(yè)切割軟件。這款來自Nobula的玻璃3D打印機(jī)為復(fù)雜且高品質(zhì)的玻璃組件在研究、設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造領(lǐng)域打開了大門。

麻省理工學(xué)院的玻璃3D打印機(jī)

美國(guó)麻省理工學(xué)院無疑是最早研究開發(fā)玻璃3D打印機(jī)的機(jī)構(gòu)之一。首次測(cè)試始于2015年，當(dāng)時(shí)由Neri Oxman領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員展示了一種能夠逐層擠出熔融玻璃的工藝。幾年后，他們機(jī)器的第一個(gè)版本演變成了G3DP2。該打印方案可連續(xù)沉積30公斤熔融玻璃，集成熱控系統(tǒng)以確保玻璃形成和質(zhì)量的正確。因此，無論用途如何，機(jī)器都能生產(chǎn)透明玻璃零件。如今，G3DP2 已不再直接銷售，但該方案目前已被 Evenline 工作室每天使用，你甚至可以直接通過他們的網(wǎng)站訂購玻璃零件。

用Glassomer進(jìn)行3D打印玻璃

Glassomer 是一家專注于玻璃增材制造的德國(guó)公司。目前公司并不直接銷售機(jī)器，而是提供3D打印玻璃零件，特別是原型的專業(yè)知識(shí)，無論其形狀如何。例如，它可以打印你未來瓶子的不同設(shè)計(jì)，或者裝飾品和珠寶。Glassomer能夠提供此類服務(wù)，是因?yàn)樗_發(fā)了能夠自行制造原材料的工藝。該材料由復(fù)合材料組成，液體用于3D打印，固體用于注射，由硅玻璃粉末和有機(jī)粘合劑制成。這種材料用于增材制造，使得生產(chǎn)透明玻璃零件成為可能。

低溫玻璃增材制造

值得一提的研究方向是麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室關(guān)于玻璃低溫增材制造的研究。他們的方法相當(dāng)創(chuàng)新，因?yàn)椴Ａ缀蹩偸窃诜浅８邷叵录庸ぁＨ欢麄儾⑽床捎妙愃频募夹g(shù)。那么，他們是怎么做到的？工藝從室溫開始：通過直接墨水書寫，逐層成型物體。隨后在礦物油浴中固化，加熱至僅250°C，而傳統(tǒng)方法通常需要的>1000°C。熱處理完成后，用無機(jī)溶劑沖洗以去除殘留礦物油，完成準(zhǔn)備。至于與該工藝兼容的材料，是一種多材料墨水，同樣由林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，由硅酸鹽溶液和其他無機(jī)化合物的納米顆粒組成。該研究仍在進(jìn)行中，但結(jié)果顯示該技術(shù)有望使玻璃器件如微流控系統(tǒng)、光學(xué)透鏡和高溫電子元件的3D打印更為便捷。

微結(jié)構(gòu)玻璃3D打印

加州大學(xué)伯克利分校的研究人員與德國(guó)弗萊堡大學(xué)合作，開發(fā)了一種3D打印玻璃微結(jié)構(gòu)的技術(shù)。該技術(shù)基于多年前開發(fā)的計(jì)算機(jī)軸向光刻（CAL）工藝，但現(xiàn)在他們已經(jīng)能夠在微觀尺度和玻璃中以更細(xì)致的細(xì)節(jié)打印。這一新工藝被命名為micro-CAL。與傳統(tǒng)方法不同，該工藝不是逐層打印，而是同時(shí)打印整個(gè)物體。激光將光線圖案投射到含有玻璃納米顆粒并被光敏結(jié)合劑包圍的特殊樹脂材料中。光線使粘合劑凝固，然后加熱物體以去除多余的結(jié)合劑，使顆粒融合，形成一塊純凈的玻璃。為什么要在玻璃上打印微觀結(jié)構(gòu)？研究人員指出，應(yīng)用領(lǐng)域包括微觀光學(xué)元件、虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡、先進(jìn)顯微鏡及其他科學(xué)儀器。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院通過SLA的3D打印玻璃

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員于2019年著手證明復(fù)雜玻璃物品可以3D打印，他們成功了，隨后申請(qǐng)了專利。團(tuán)隊(duì)利用立體光刻技術(shù)，利用一種將塑料和有機(jī)分子結(jié)合到玻璃前體的樹脂，創(chuàng)造出復(fù)雜且高度多孔的玻璃結(jié)構(gòu)。具體來說，他們采用了數(shù)字光處理（DLP），發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)節(jié)光強(qiáng)來調(diào)節(jié)物體的孔徑。樹脂固化后，印刷品分為兩個(gè)階段：首先在600°C燒毀聚合物框架，然后在約1000°C下將陶瓷密實(shí)化成玻璃。雖然這一過程使物體大幅收縮，但最終產(chǎn)品透明且堅(jiān)硬，類似窗玻璃。

圣母大學(xué)基于陳述的玻璃3D打印技術(shù)

圣母大學(xué)的研究人員開發(fā)了另一種創(chuàng)新的玻璃3D打印方法。他們的方法使用二氧化碳激光器加熱玻璃棒表面，然后熔化到安裝在四軸數(shù)控平臺(tái)上的熔融石英基底上。基材相互作用、未加熱部分的壓力、重力和表面張力的結(jié)合，使玻璃能夠以受控的方式形成。利用這種技術(shù)，團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)建二維圖案和獨(dú)立的三維螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)領(lǐng)導(dǎo)圣母大學(xué)研究的埃德·金澤爾與墨西哥蒙特雷理工與高等教育學(xué)院的同事合作時(shí)，這項(xiàng)工作進(jìn)一步推進(jìn)。他們共同從制作空心形狀，發(fā)展到實(shí)現(xiàn)密集、完全透明的三維實(shí)體。盡管精度仍是挑戰(zhàn)，研究人員樂觀地認(rèn)為，通過進(jìn)一步改進(jìn)，性能將會(huì)更進(jìn)一步。

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