3D打印玻璃的快速演变

本帖最后由 小软熊 于 2017-9-18 15:35 编辑

3D打印玻璃与其他制造方法相比具有几个明显的优点,一个优点是3D打印能够产生其他制造方法无法处理的复杂形状,另一个优点是对于制造商而言,3D打印可以创建包括具有嵌入式微流体通道的玻璃制品这样功能性的产品,从而用于相应的应用领域。3D打印玻璃的发展可以回溯到2009年左右,随后在世界各地不断涌现出不同的3D打印玻璃的工艺。

以色列Micron3DP的玻璃3D打印技术属于熔融挤出3D打印技术。通过反复试验,Micron3DP终于在把材料温度提升至850摄氏度之后成功地进行了玻璃的3D打印。而为了3D打印硼硅玻璃,这种玻璃通常会被用于制造更加耐用的器皿,比如在科学实验室中使用的那些玻璃器皿,Micron3DP能够把该材料的熔化温度提升至1640摄氏度。并能够打印两种类型的玻璃材料:钠钙和硼硅酸盐。Micron3DP希望在未来开发更多的玻璃材料。这种熔融挤出的玻璃3D打印速度快,能够生产出非常高分辨率的产品。

图片:Micron3DP的玻璃3D打印

在Micron3DP宣布推出其玻璃3D打印技术之后不久,麻省理工学院紧随其后,开发了一台玻璃3D打印机-G3DP,G3DP被描述为使用光学透明玻璃用于高度精确3D打印的方法。该过程是可控制,并且可以提供透明度和颜色等打印选项,打印对象的厚度也可以控制。另外还可以控制打印物体的透射,反射和折射等参数。打印机包括一个窑,将玻璃放置在其中并加热到1900°F的温度。熔化的玻璃然后通过喷嘴,将其挤出以冷却和硬化。

随后,麻省理工学院推出了G3DP2,这台3D打印机用于更大尺寸的玻璃物品的打印。这个新的制造平台包括一个数字集成的热控制系统,这个热控制系统可以伴随玻璃成型的各个阶段,以及一个新型的四轴运动控制系统,实现对流量的控制,并且控制空间方面的尺寸精度。G3DP2具有更高的生产率,可以连续沉积高达30kg的熔融玻璃。

不是所有的玻璃3D打印机都采取熔融挤出的方式。今年早些时候,德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员通过光固化技术实现了3D打印玻璃,这种3D打印技术可以创建微小而复杂的玻璃对象,实现精细分辨率和复杂形状。

图片:KIT 3D打印的玻璃

根据KIT研究人员,他们的玻璃3D打印工艺比传统的玻璃生产方法更快,并且不需要化学蚀刻,3D打印材料是一种混合溶液,玻璃粉末悬浮在液态光敏树脂中。打印完成后将产品放在高温烘箱中加热,玻璃制品中的塑料成分被烧掉,留下纯玻璃。

block 2016年,德国Fraunhofer陶瓷技术和IKTS 系统研究所研发了一项3D打印新技术,可以打印微反应器这样非常复杂、微小部件。金属、玻璃或陶瓷粉末材料被均匀的混合在粘合剂中。粘度也是精确控制,混入的粉末材料既不能太“稀”也不能太“稠”,这样打印机才能进行流畅的打印。

Fraunhofer研究所研发的这项3D打印技术可打印的材料是陶瓷、玻璃或金属粉末悬浮液。陶瓷、玻璃或金属粉末被混合在一种低熔点的热塑性粘合剂中,热塑性粘合剂在80摄氏度时就会融化成为液体。在打印过程中,打印机的电性温度熔化了粘合剂,并混合着陶瓷、玻璃或金属粉末材料以液滴的形式被沉积下来。沉积后液滴迅速冷却变硬,三维对象就这样被点对点逐渐打印出来。

图片:MIT的玻璃3D打印

2017年,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)位于加利福尼亚的研究人员创造了一系列定制玻璃油墨,他们认为他们已经解决了那些导致多孔或非均匀结构的问题。

LLNL采用的玻璃颗粒的浓缩悬浮液油墨具有高度控制的流动性能,并因此可以在室温下满足打印需求。LLNL的研究人员介绍说这些特殊油墨可以进行热处理,增强密度并消除打印过程中的其他问题。热处理完成后,研究人员还可以进行光学质量的抛光,使零件更均匀更复合光学性能的要求。LLNL的3D打印技术可以用来创建成分梯度,这些3D打印的光学组件可以用来降低光学系统的尺寸、重量或成本。

LLNL的方法可以用于制造诸如激光器之类的光学应用玻璃,3D打印使得这种玻璃的制造更容易、更便宜。玻璃3D打印在短时间内已经走了很长的一段路 – 只是在几年前,玻璃3D打印根本就不存在。现在,3D打印玻璃正在应用到从艺术到建筑,再到光学和微流控等领域。 虽然3D打印玻璃不太可能取代玻璃制造传统方法,但这种工艺却有力地补充了传统制造工艺所不能实现的领域。

来源:3D科学谷