增材制造领域又一项新兴技术 玻璃3D打印

玻璃3D打印技术：探索其基础知识、材料、打印过程与传统制造对比及其应用领域

玻璃3D打印是增材制造领域的新兴技术，引起了科学家和艺术家的广泛关注。它为玻璃的定制制造提供了新途径，通过产生一条可以一次打印一层的熔融线来实现。接下来，让我们深入了解玻璃3D打印的工作原理、打印机的组成部分，以及它在各个行业中的应用。

一、玻璃3D打印的基础知识

玻璃3D打印不同于木材或金属填充的长丝制造。真正的玻璃3D打印机需要纯玻璃来打印，目前常用和主流的仍然是FDM式打印机。从粉碎玻璃、熔化玻璃，到制造打印机所需的丝材，需要执行多个步骤。这个过程中，需要更高的温度，打印温度高达1,300°C，腔室温度也相对较高。

二、材料

玻璃的种类繁多，钠钙玻璃、艺术玻璃、水晶玻璃以及回收玻璃瓶等均可进行3D打印。不同的细丝由不同的材料制成，需要不同的温度。废玻璃可以通过设备Vitri-Glass变成玻璃棒，用于玻璃3D打印机。值得一提的是，玻璃3D打印非常适合回收，玻璃可以一次又一次地回收，而不会降低性能。

三、打印过程

玻璃棒已准备好后，可以装入打印机进行打印。玻璃棒通过加热元件和喷嘴，在达到1,300°C左右时，被挤出成所需的形状。正在进行的打印部件处于高温下，直到打印完成并开始缓慢冷却至室温。后处理取决于所需的最终用途。

四、玻璃打印与传统玻璃制造对比

3D打印玻璃并不会很快对传统的大规模玻璃生产方法构成挑战。相反，这种玻璃制造最适合小众、定制或复杂模型，尤其是对于那些偶尔需要定制玻璃片或对此领域不熟悉的人来说。拥有一台玻璃3D打印机可以使该材料的生产变得更为便捷。麻省理工学院的研究人员表示，玻璃3D打印机能够控制打印玻璃表面的纹理，包括实现玻璃吹制无法实现的内表面控制。

五、应用领域

玻璃3D打印的应用领域广泛，艺术、建筑、光学、研究和珠宝等领域是其主要的应用领域。作为一种艺术媒介，3D打印玻璃可以实现具有独特曲率和内部几何形状的精确且重复的沉积线，产生美丽、迷人的极光效果。玻璃器皿在多个STEM领域都是不可替代的实验资产，需要定制。对于微流体等应用所需的小型且复杂的特征，FDM式方法可能并不理想，而树脂打印能够达到更高的分辨率。一些初创公司正致力于此领域的研究和开发。

玻璃3D打印技术为玻璃的制造和应用开辟了新的途径。随着这一领域的不断发展，我们期待看到更多关于玻璃3D打印的创新应用和技术进步。玻璃3D打印：工艺革新与未来展望

玻璃omer公司，这家由卡尔斯鲁厄理工学院研究实验室NeptunLab孕育的德国新星，正在引领一场玻璃制造的革命。他们采用了一种特殊的液体玻璃树脂，内含无定形二氧化硅，使得玻璃3D打印成为可能。据公司透露，这种创新的材料几乎任何桌面树脂3D打印机都能使用。

这种打印工艺的后处理过程相当特殊。需要将打印出的部件放入高达1,300 °C的烤箱中进行烧结，以熔化聚合物粘合剂并将玻璃颗粒融合成坚固、透明的实体。令人称奇的是，尽管材料在此过程中熔化，但部件在冷却后仍能保持其形状，几乎不产生收缩。这种技术的精度令人惊叹，其表面粗糙度甚至可以达到几纳米，这也使得制造复杂的物理结构成为可能。

使用这种树脂进行打印也存在一定的限制，那就是其壁厚度不能大于1厘米。这是因为玻璃在冷却过程中会产生应力，如果壁太厚，可能会导致玻璃内部出现裂痕。

在商业设备领域，玻璃3D打印作为新兴技术，目前参与者寥寥。而Maple Glass Printing无疑是其中的佼佼者。这家总部位于澳大利亚的公司致力于通过3D打印技术提高玻璃的回收率，从而推动可持续创造，减少垃圾填埋场的负担。他们正在开发第三代打印机——Maple 3，这台机器即将面向市场发售，价格为45,000美元。

对于那些希望使用回收玻璃制作自己的玻璃丝的用户，Maple Glass Printing还提供了Vitri-Glass——一款高通量自动化玻璃丝挤出机，售价为15,000美元。

目前市场上专门从事玻璃3D商业打印的厂家并不多。但随着大量研究和研发工作的推动，相信这类技术将更快推向市场。未来，玻璃3D打印领域还有很多值得期待的创新。例如，麻省理工学院正在研究一种低温玻璃制造技术，这项技术可以将打印温度从约1,000-1,400 °C降低到仅250 °C。这不仅能使打印机更加安全、减少能耗，还能通过添加特定的添加剂来改变玻璃的特性。

玻璃3D打印仍处于起步阶段，但其增长潜力巨大，特别是在普及方面。我们期待在销售商业设备的公司的助力下，玻璃3D打印技术将变得更加高效、易用，从而不断推动这一领域的扩大和发展。