玻璃的熔融挤出与光固化3D打印工艺
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在大多数人关注金属、塑料和陶瓷3D打印时，玻璃的打印似乎被认为不可实现，这种无机材料既无法与激光作用也无法被轻易熔化，打印似乎无从说起。然而实验室的科研人员却不这样认为，自2009年开始，玻璃的3D打印开始受到关注，从以色列Micron3DP到德国Fraunhofer和KIT，再到美国LLNL和MIT，世界各地涌现出不同的玻璃打印工艺。本期，我们就来介绍两种较为知名的工艺技术。
KIT 3D打印的玻璃片
MIT基于挤出的熔融玻璃3D打印工艺
麻省理工学院（MIT）采用的是玻璃熔融挤出3D打印工艺，其采用数字集成的三区热控系统与四轴运动控制系统相结合，创造了工业规模的生产能力，提高了生产率和可靠性，同时确保了产品的准确性和可重复性，这些都是以前无法实现的。
MIT打印的玻璃制品
成型系统由三个具有热控制的腔室组成，第一个腔室将玻璃加热到1090℃的温度下熔化并保持其流动性，第二个腔室在800℃的温度下储存熔融玻璃，第三个腔室保持在480℃用于成型和冷却。在打印过程中，玻璃熔体进入氧化铝喷嘴，根据设备版本的不同，有喷嘴运动和底部工作台运动两种，玻璃熔体沉积后随即冷却和硬化。
熔融玻璃挤出成型过程，底部平台运动
熔融玻璃挤出成型过程，喷嘴运动
4轴运动控制系统可实现对流量和空间精度的控制，确保杂质和结构问题不会对结晶过程造成破坏。该方法对打印的影响很小，熔融玻璃如同流动的蜂蜜一样通过喷嘴缓慢地实现成形，每小时可以打印5公斤。
用于制造2017米兰设计周3米高玻璃展示柱
MIT打印的玻璃的工艺整体过程很稳定，玻璃透明度高，具有很好的可靠性和可重复性。不过制造的结构仍旧比较简单并不复杂，而且难以避免这种工艺所特有的层叠纹。其主要应用在于建筑外墙和几何定制和可变厚度照明装置，MIT也用起用于控制太阳能透射率的研究。
KIT基于光固化的玻璃3D打印工艺
卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）开发的玻璃3D打印工艺无须将玻璃加热至熔化，也不是采用激光加工或蚀刻来制造玻璃的结构特征，而是将玻璃纳米颗粒与液体聚合物混合，形成像海绵蛋糕一样的混合物，通过加热或曝光将其硬化成固体。
混合玻璃油墨
打印完成的固体玻璃颗粒体积比为40-60 %，随后要转入烧结炉中脱脂。在500-600℃的温度下，聚合物可以受控的方式逸出。为了封闭材料中产生的间隙，脱脂完成的部件还需在1300℃下烧结，在此过程中，剩余的玻璃颗粒致密化成无孔玻璃。
玻璃的光固化3D打印过程
这种工艺的优势在于，打印完的“生胚”玻璃可以进行雕刻、钻孔、研磨或压花，最终成型的玻璃组分在化学和物理性质上与商业石英玻璃没有区别，可以用于生产高纯度玻璃材料，适用于迄今为止只有聚合物适用的任何应用。
光固化成型的玻璃制品
该技术可用于制造高度集成的微流体化学反应器或紧凑型光学器件，但同时也受到了医疗、汽车和珠宝行业的关注。
END
未来，3D打印的优势与玻璃的众多独特材料特性（如透明度，强度和化学稳定性）相结合，我们可能会看到更多功能玻璃3D打印的新产品。现代社会中从互联网、智能手机到军事、医疗，如果没有玻璃，这一切都将无法实现。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：玻璃的熔融挤出与光固化3D打印工艺