玻璃3D打印技術(shù)盤點(diǎn)

南極熊導(dǎo)讀：玻璃是最古老的建筑材料之一，它在我們現(xiàn)代屏幕和摩天大樓世界中非常常用，這些都被透明的奇跡所覆蓋。很少有材料既硬又透明，但在建筑，汽車和設(shè)計(jì)中非常需要這些特性。玻璃的普及只與制造它的難度相匹配，玻璃只是在非常高的溫度下才是粘性液體，對(duì)溫度變化和其他環(huán)境因素非常敏感。因此，玻璃3D打印的應(yīng)用受到限制。

據(jù)南極熊了解，世界各地只有少數(shù)研究人員嘗試使用增材法生產(chǎn)玻璃，有些是通過(guò)打印熔融玻璃制成物體的，但缺點(diǎn)是這需要極高的溫度和耐熱設(shè)備，其他人使用的是粉末狀陶瓷顆粒或者液體樹(shù)脂，可以在室溫下印刷，然后再燒結(jié)制成玻璃，但是，以這種方式產(chǎn)生的物體不是很復(fù)雜，記下來(lái)南極熊就盤點(diǎn)一下，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和公司的玻璃3D打印技術(shù)。

△麻省理工大學(xué)3D打印玻璃的視頻演示

NanoscribeNanoscribe在2021年6月30日推出了首個(gè)用于熔融石英玻璃微結(jié)構(gòu)的3D微加工商用高精度增材制造工藝和材料——Glass Printing Explorer Set。新型光樹(shù)脂GP-Silica是Glass Printing Explorer Set的核心，與Glassomer聯(lián)合研究開(kāi)發(fā)。據(jù)說(shuō)這是目前唯一一種用于熔融石英玻璃微細(xì)加工的光樹(shù)脂，因?yàn)楦吖鈱W(xué)透明度以及出色的熱、機(jī)械和化學(xué)性能脫穎而出，為探索生命科學(xué)、微流體、微光學(xué)、材料工程和其他微技術(shù)領(lǐng)域的新應(yīng)用開(kāi)辟了機(jī)會(huì)。

△3D打印玻璃微結(jié)構(gòu)

Glass Printing Explorer Set能夠高精度3D打印，并且具有耐高溫性、機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性以及光學(xué)透明度。熔融石英玻璃的雙光子聚合 (2PP) 技術(shù)展現(xiàn)了玻璃產(chǎn)品的卓越性能，推動(dòng)了對(duì)生命科學(xué)、微流體、微光學(xué)和其他領(lǐng)域的探索。瑞士弗里堡工程與建筑學(xué)院助理教授兼圖形打印系主任Nicolas Muller稱，GP-Silica研究制造復(fù)雜微流體系統(tǒng)方面具有巨大潛力，盡管所需的熱后處理要求很高。

新型光樹(shù)脂GP-Silica為雙光子聚合的3D微加工建立了新的材料類別，材料由室溫成型玻璃專家Glassomer GmbH合作開(kāi)發(fā)。是一種利用無(wú)機(jī)打印材料（二氧化硅納米粒子）分散在光固化​​粘合劑基質(zhì)中的復(fù)合材料，具有二氧化硅玻璃的突出特性，如機(jī)械、熱和化學(xué)穩(wěn)定性高，這使具有光滑光學(xué)表面的玻璃微結(jié)構(gòu)3D打印成為可能。由于光學(xué)傳輸窗口從紫外區(qū)延伸到紅外區(qū)，這種新材料也適用于生命科學(xué)、微流體、微反應(yīng)器或微光學(xué)領(lǐng)域的成像應(yīng)用。

△Photonic Professional GT2

新型光樹(shù)脂針對(duì)Nanoscribe 3D打印機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化。另外，作為玻璃制造工藝，熱處理是必要的。GP-Silica制造過(guò)程需要兩個(gè)步驟：
首先，利用GP-Silica進(jìn)行2PP高精度微結(jié)構(gòu)打印，未聚合的材料被沖走，形成所謂的綠色部件。
第二步，對(duì)生坯進(jìn)行熱處理（由均勻懸浮在聚合物粘合劑基質(zhì)中的二氧化硅納米顆粒組成）。首先在600°C下去除聚合的粘合劑基質(zhì)，然后在1300 °C下進(jìn)行燒結(jié)過(guò)程。在此步驟中，隨著二氧化硅納米粒子融合，零件體積縮小，顯示出純?nèi)廴谑�英玻璃�?D微觀結(jié)構(gòu)。

△GP-Silica燒結(jié)工藝圖

德國(guó)弗萊堡大學(xué)的Kotz教授團(tuán)隊(duì)


來(lái)自德國(guó)弗萊堡大學(xué)的Kotz教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)直接激光書(shū)寫(xiě)制造（DLW），使用雙光子可固化二氧化硅納米復(fù)合樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)了數(shù)十微米范圍內(nèi)的3D分辨率和6 nm的表面粗糙度的熔融二氧化硅玻璃結(jié)構(gòu)的有效成形。該團(tuán)隊(duì)使用了一種液體二氧化硅納米復(fù)合材料，由平均直徑約40納米的非晶態(tài)二氧化硅納米顆粒分散在單體粘結(jié)劑基質(zhì)中構(gòu)成。通過(guò)選擇交聯(lián)劑使粘結(jié)劑基體的折射率與熔融石英玻璃的折射率相匹配。

△透明熔融石英玻璃的DIW制造流程

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)而制作了許多微結(jié)構(gòu)，以證明二氧化硅納米復(fù)合材料的DLW工藝可以以迄今未見(jiàn)的精度、復(fù)雜性和較低的表面粗糙度來(lái)成形熔融二氧化硅玻璃結(jié)構(gòu)。圖2a,b是一個(gè)小型的城堡，高度為2 mm，尖頂寬度為200 μm。圖2c、d為孔徑為55 μm的微流控濾芯。此外，熔融石英玻璃微光學(xué)元件也可以使用這種方法制作，如圖2e,f所示的直立光學(xué)微透鏡。三個(gè)Wigner-Seitz-cell結(jié)構(gòu)印在同一個(gè)襯底上(見(jiàn)圖2g)。圖2h中三個(gè)鏡頭中顯示了放大后的結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)圖2g中的順序。

△ 利用DLW對(duì)熔融石英玻璃進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)制造。

綜上所述，該研究開(kāi)發(fā)了一種基于雙光子聚合的通過(guò)二氧化硅納米復(fù)合材料構(gòu)建透明熔融硅玻璃并隨后進(jìn)行熱致密化的DLW工藝。利用這一工藝，可制備出數(shù)十微米分辨率和低表面粗糙度的熔融二氧化硅元件，有望成形自由的形狀和許多高性能的元件，用于包括光學(xué)、光子學(xué)、功能和設(shè)計(jì)表面以及芯片實(shí)驗(yàn)室，生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域。

法國(guó)研究人員
自法國(guó)的三位研究人員在光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）的《光學(xué)快報(bào)》上發(fā)表了一篇研究論文，介紹了他們發(fā)明了一種基于激光的復(fù)雜玻璃部件3D打印新技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)使用了基于多光子聚合技術(shù)的最新開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)打印高精度的玻璃物體，而無(wú)需依靠常規(guī)的3D打印逐層制造，并且認(rèn)為他們的方法可以用于3D打印復(fù)雜的光學(xué)器件。未來(lái)有望應(yīng)用在基于激光的成像和視覺(jué)領(lǐng)域。

逐層3D打印對(duì)于用玻璃制造物體不是理想的選擇。使用粘稠的樹(shù)脂，很難獲得具有一致厚度的層，并且復(fù)雜零件通常需要支撐，在打印結(jié)束時(shí)需要除去，從而使整個(gè)零件的制造速度進(jìn)一步降低。

通過(guò)多光子聚合，將液體單體分子連接到固體聚合物中的過(guò)程（又名聚合反應(yīng)）發(fā)生在精確的激光焦點(diǎn)上，使得3D打印尺寸小至數(shù)十毫米小而精確的零件成為可能，分辨率很高。但是，它仍然有些復(fù)雜。

當(dāng)使用這種方法對(duì)玻璃進(jìn)行3D打印時(shí)，特定材料在初始液相期間以及在完全聚合后，在特定的激光波長(zhǎng)下必須要保持是透明的。另外，它需要吸收來(lái)自激光器的波長(zhǎng)一半的光能量來(lái)引發(fā)多光子聚合。因此，該團(tuán)隊(duì)使用了一種與光化學(xué)引發(fā)劑的混合物來(lái)吸收光：大量的二氧化硅納米顆粒和一種樹(shù)脂。

勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）
來(lái)自勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員已使用多種材料的3D打印技術(shù)創(chuàng)建了量身定制的漸變折射率玻璃光學(xué)器件，可以制造出更好的軍事專用眼鏡和虛擬現(xiàn)實(shí)護(hù)目鏡。

已經(jīng)有幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)證明了透明玻璃的3D打印。然而，大多數(shù)這些技術(shù)尚未證明具有梯度成分和折射率的玻璃的多材料打印。在這項(xiàng)研究中，研究人員能夠通過(guò)使用3D打印的直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）方法，主動(dòng)控制將兩種不同的玻璃糊或“墨水”的比例直接混合在一起，從而調(diào)整材料成分的梯度。使用DIW制成成分不同的光學(xué)預(yù)成型件后，然后將其致密化為玻璃，并可以使用常規(guī)光學(xué)拋光進(jìn)行精加工。

研究團(tuán)隊(duì)表明可以使用多材料DIW生產(chǎn)GRIN玻璃光學(xué)器件。系統(tǒng)配備了一個(gè)有源微混合器，混合器能夠在線混合兩種不同的墨水，從而可以對(duì)具有成分梯度的生坯進(jìn)行3D打印，然后將其合并為具有定制的折射率空間分布的玻璃光學(xué)器件。

ICMCB-CNRS實(shí)驗(yàn)室和波爾多大學(xué)
ICMCB-CNRS實(shí)驗(yàn)室和波爾多大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種通過(guò)FDM技術(shù)3D打印磷酸鹽玻璃的方法。據(jù)悉，3D打印出的磷酸鹽玻璃保留了玻璃的物理特性，體積孔隙率僅為0.02%。。研究人員首先從母體玻璃預(yù)制件中使用纖維拉絲塔拉出玻璃絲，然后通過(guò)FDM 3D打印機(jī)制造出高致密和透明的摻銪磷酸鹽玻璃結(jié)構(gòu)。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，其直接制造透明玻璃的方法不但可以為開(kāi)發(fā)尖端的光學(xué)元件開(kāi)辟新的視野，而且還可以促進(jìn)新的生物醫(yī)學(xué)解決方案。

△3D打印磷酸鹽玻璃的整個(gè)工藝流程

研究的第一階段是開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)磷酸鹽玻璃絲。該材料是在800℃的鉑金坩堝中特別配制的，然后被拉成1.9毫米粗的棒狀。由于熔化和擠出磷酸鹽玻璃所需的溫度非常高，該團(tuán)隊(duì)不得不在入門級(jí)的Prusa i3 機(jī)上配備一個(gè)定制的熱端和打印床。通過(guò)重重修改，打印機(jī)最終擁有了470°C的噴嘴和320°C的熱床溫度，以使實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

△3D打印過(guò)程

通過(guò)在研究中對(duì)一些打印參數(shù)的調(diào)查，該團(tuán)隊(duì)成功地實(shí)現(xiàn)了99.98%的令人難以置信的高密度，并避免了零件內(nèi)不必要的光散射。利用SEM圖像和X射線斷層掃描技術(shù)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)表征，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了線間結(jié)合質(zhì)量與透光率之間的相關(guān)性。

△打印的結(jié)構(gòu)顯示出非常低的孔隙率，約為0.02%

研究中最顯著的結(jié)果是，打印玻璃結(jié)構(gòu)保持了它們的光學(xué)發(fā)光特性，這意味著它們?cè)谡麄�(gè)過(guò)程中顯示出均勻的光傳輸。這一特性在任何高科技的光學(xué)系統(tǒng)中都是絕對(duì)關(guān)鍵的，因此這項(xiàng)工作在制造高性價(jià)比的終端組件方面顯示出巨大的潛力。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已使用一種新技術(shù)通過(guò)3D打印來(lái)生產(chǎn)復(fù)雜的玻璃物體。該方法基于立體光刻技術(shù)，是1980年代開(kāi)發(fā)的首批3D打印技術(shù)之一。由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院AndréStudart帶領(lǐng)的復(fù)雜材料小組的David Moore，Lorenzo Barbera和Kunal Masania開(kāi)發(fā)了一種特殊的樹(shù)脂，該樹(shù)脂包含塑料以及與玻璃前體結(jié)合的有機(jī)分子。

△用3D打印機(jī)創(chuàng)建的各種玻璃物品。圖片來(lái)源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

研究者發(fā)表了一種簡(jiǎn)單的3D打印過(guò)程，該過(guò)程依賴于液態(tài)樹(shù)脂的相分離，以使用臺(tái)式數(shù)字光處理（DLP）打印機(jī)創(chuàng)建具有高分辨率和多氧化物化學(xué)成分的復(fù)雜形狀的玻璃。樹(shù)脂主要包括醇鹽無(wú)機(jī)前體，光活性單體混合物和吸光染料。該樹(shù)脂可以使用商業(yè)上可獲得的數(shù)字光處理技術(shù)進(jìn)行處理。這包括用紫外線照射樹(shù)脂光線模式。光照射到樹(shù)脂的任何地方，它都會(huì)變硬，因?yàn)榫酆衔飿?shù)脂的光敏成分在暴露的地方發(fā)生交聯(lián)。塑料單體結(jié)合形成迷宮狀結(jié)構(gòu)，形成聚合物。含陶瓷的分子填滿了這個(gè)迷宮的空隙。

研究人員還能夠通過(guò)將二氧化硅與硼酸鹽或磷酸鹽混合并將其添加到樹(shù)脂中來(lái)逐層修改微觀結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的物體可以由不同類型的玻璃制成，甚至可以使用該技術(shù)組合到同一對(duì)物體中。然后，研究人員在兩種不同的溫度下燒制以這種方式制成的坯體:在600℃燒去聚合物骨架，然后在1000℃左右將陶瓷結(jié)構(gòu)致密化成玻璃。在燒制過(guò)程中，物體會(huì)明顯收縮，但會(huì)變得像窗玻璃一樣透明和堅(jiān)硬。

△毛坯（左）以600度燒制以消除塑料框架。在第二個(gè)燒制步驟中，物體變成玻璃（右）。圖片來(lái)源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院

Masania表示這些3D打印的玻璃物體仍然不超過(guò)模具。目前還不能以這種方式生產(chǎn)大玻璃物體，例如瓶子，水杯或窗玻璃，這實(shí)際上并不是該項(xiàng)目的目標(biāo)。目的是證明生產(chǎn)的可行性玻璃物體復(fù)雜幾何圖形的三維打印。然而，新技術(shù)不僅僅是一個(gè)噱頭。研究人員申請(qǐng)了一項(xiàng)專利，目前正在與一家主要的瑞士玻璃器皿經(jīng)銷商進(jìn)行談判，該經(jīng)銷商希望在他的公司中使用這項(xiàng)技術(shù)。

臺(tái)灣國(guó)立中央大學(xué)
自臺(tái)灣國(guó)立中央大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種抗紫外線和耐熱的自修復(fù)乳狀玻璃。其特性使這種液態(tài)固體（LLS）材料成為一種完美的支撐介質(zhì)，可將紫外線和熱固化油墨（又名樹(shù)脂）直接 3D打印 其中，并獨(dú)立于周圍的LLS固體。據(jù)研究人員稱，LLS材料可作為液體油墨的堅(jiān)固支撐介質(zhì)。在油墨凝固時(shí)使用它們來(lái)固定油墨，有助于保持預(yù)期的幾何形狀。如果沒(méi)有支撐介質(zhì)，重力和墨水的表面張力將導(dǎo)致液體不穩(wěn)定。

例如，PDMS是一種彈性體，具有生物相容性、無(wú)毒和光學(xué)清潔性，這使得它在潤(rùn)滑劑和消泡劑中非常有用。盡管具有紫外光和熱固化性，但由于其預(yù)聚物粘度極低，固化時(shí)間長(zhǎng)，其應(yīng)用主要限于流體形式。因此，就其自身而言，它無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持所需的3D形狀，因此很難進(jìn)行3D打印。最近，這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)得到了解決，將液態(tài)PDMS寫(xiě)入LLS保溫介質(zhì)中，懸浮后固化，就可以解決這個(gè)問(wèn)題。

為了開(kāi)發(fā)下一代支撐介質(zhì)，研究小組首先將一種特殊配方的硅油與山梨醇和水混合，形成水溶液。他們從中提取出一種 "穩(wěn)定的乳狀玻璃"，并將其作為實(shí)驗(yàn)支撐介質(zhì)。3D結(jié)構(gòu)被建模并寫(xiě)入乳化玻璃樣品中，用熱和紫外光固化，以證明玻璃作為支撐介質(zhì)的適用性。在紫外光固化過(guò)程中，使用365納米的紫外燈照射60秒，而在熱固化過(guò)程中，將乳化玻璃樣品在100℃的烤箱中加熱1小時(shí)。即使經(jīng)過(guò)六次紫外線和熱曝光后，乳化玻璃仍保持了其結(jié)構(gòu)的完整性，使其具有抗紫外線和耐熱性。

奧地利Lithoz & 康寧

奧地利陶瓷3D打印專家Lithoz和美國(guó)跨國(guó)特殊材料公司Corning（康寧）建立了合作，并且取得了新的成果，Lithoz專有的光固化陶瓷制造（LCM）技術(shù)最近首次實(shí)現(xiàn)了康寧玻璃陶瓷材料的3D打印。經(jīng)常關(guān)注手機(jī)產(chǎn)品的讀者應(yīng)該比較了解康寧，因?yàn)楹芏嘀悄苁謾C(jī)的屏幕都使用了康寧的大猩猩玻璃。

△康寧可加工的MACOR®玻璃陶瓷

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)為L(zhǎng)ithoz的陶瓷3D打印機(jī)擴(kuò)展了新材料，可以用于堅(jiān)韌，生物相容、超導(dǎo)體等領(lǐng)域。玻璃陶瓷起源于1950年代，具有出色的機(jī)械韌性，對(duì)輻射和化學(xué)損傷具有高抵抗力，具有壓電和光電效應(yīng)。在商業(yè)上用于制造雷達(dá)天線，牙科植入物，電灶臺(tái)和其他熱廚具的外殼。

康寧是玻璃陶瓷材料的發(fā)明者，目前擁有三個(gè)不同的品牌產(chǎn)品：
–可加工的MACOR®，
–射頻透明PYROCERAM®玻璃代碼9606，它還具有高強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，且具有較低的介電常數(shù)，
–具有低熱膨脹系數(shù)（CTE）的康寧玻璃陶瓷，具有更好的抗熱震性。

△Lithoz CeraFab系統(tǒng)S65

在使用康寧玻璃陶瓷生產(chǎn)3D打印零件的時(shí)候，采用了相同的工藝流程。首先將康寧粉末與Lithoz的樹(shù)脂混合成漿料，然后使用該漿料進(jìn)行3D打印，燒結(jié)然后退火。該公司報(bào)告說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)了滿足康寧性能規(guī)格要求的高分辨率的玻璃陶瓷件”，其中包括燒結(jié)密度為2.69 – 2.7 g /cm3，雙軸彎曲強(qiáng)度為152 – 172 MPa，以及熱導(dǎo)率（在25°C下）為2.25 W / m·K。

弗萊堡大學(xué)
Nature Communications 期刊發(fā)布了一篇研究論文，微加工3D打印技術(shù)生成高精度的石英玻璃中空微結(jié)構(gòu)。熔融石英玻璃中的微結(jié)構(gòu)通常通過(guò)濕法化學(xué)或干法蝕刻工藝制造。更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可以用精密玻璃成形法，溶膠-凝膠或復(fù)制粉末爆破來(lái)制造。然而，所有這些技術(shù)僅能夠制造開(kāi)放的二維通道結(jié)構(gòu)，需要與平面基板結(jié)合才能夠制造簡(jiǎn)單的懸浮中空微結(jié)構(gòu)（例如，微流體通道）。

根據(jù)研究論文，通過(guò)常用工藝難以在熔融石英玻璃內(nèi)部形成自由形狀的中空結(jié)構(gòu)。使用飛秒激光寫(xiě)入以及用諸如氫氟酸（HF）之類的侵蝕性化學(xué)物質(zhì)連續(xù)蝕刻照射區(qū)域是其中一種方法，但該方法在制造具有很少入口的長(zhǎng)通道結(jié)構(gòu)時(shí)，容易產(chǎn)生出現(xiàn)不均勻的情況，在制造錐形通道結(jié)構(gòu)時(shí)，易導(dǎo)致朝向通道入口處的尺寸更寬。另外，溝道長(zhǎng)度也會(huì)受到蝕刻工藝的限制，因?yàn)镠F蝕刻顯示蝕刻速度隨溝道長(zhǎng)度而減小，并且碎屑可快速阻擋溝道 。

為了克服這些問(wèn)題，科研領(lǐng)域探索了不同的技術(shù)，但這些技術(shù)只適合制造簡(jiǎn)單的通道幾何形狀。如為了克服對(duì)侵蝕性蝕刻解決方案的需求，有的科研人員開(kāi)發(fā)了液體輔助消融的飛秒激光寫(xiě)入 ，這種技術(shù)產(chǎn)生具有顯著表面粗糙度成分，因此需要通過(guò)后處理才能夠得到滿足光學(xué)質(zhì)量的表面。

研究論文描述了一種能夠生成石英玻璃復(fù)雜3D微結(jié)構(gòu)的工藝，具體來(lái)說(shuō)，科研人員使用Nanoscribe 雙光子3D打印技術(shù)制造了生成石英玻璃微流體通道的消失模板，微型的3D打印消失模板采用聚合物材料制造。

科研人員將該3D打印微結(jié)構(gòu)澆鑄在液體納米復(fù)合玻璃材料中，隨后用UV光在聚合物模板的頂部進(jìn)行照光固化。然后對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱處理，將納米復(fù)合材料轉(zhuǎn)變成熔融石英玻璃，并從內(nèi)部熔化3D打印模板，在此過(guò)程中，溫度高達(dá)1300攝氏度，最終制造出帶有中空復(fù)雜微通道的石英玻璃結(jié)構(gòu)。

在對(duì)這一工藝進(jìn)行研究的過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)成功的制造出直徑小至7微米的通道。通過(guò)石英玻璃混合器等精密測(cè)試部件，研究團(tuán)隊(duì)展示了通過(guò)這種結(jié)合微型3D打印技術(shù)的工藝在制造復(fù)雜玻璃產(chǎn)品領(lǐng)域的可行性，也為玻璃材料的微細(xì)加工提供了可行性。

麻省理工學(xué)院
麻省理工學(xué)院用他們的G3DP2玻璃3D打印機(jī)降低了使用門檻。Chikara Inamura，Michael Stern，Daniel Lizardo，Peter Houk和Neri Oxman描述了他們的玻璃打印機(jī)的下一次迭代：G3DP2，該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)，可以處理工業(yè)和建筑應(yīng)用的規(guī)模，增加構(gòu)建體積，更大的儲(chǔ)存器，更快和更準(zhǔn)確的打印。

該打印機(jī)由三個(gè)熱控區(qū)組成：儲(chǔ)存器將熔融玻璃保持在1090°C以保持液態(tài)，噴嘴在800°C下運(yùn)行，構(gòu)建室保持在480°C。它們都連接到一個(gè)EZ-Zone控制器，并提供19kW（19,000瓦）的峰值。如果忽略了瘋狂的溫度，機(jī)器的功能就像任何其他FDM（熔融沉積造型）3D打印機(jī)一樣，通過(guò)連續(xù)堆疊熔融材料層，在冷卻時(shí)固化。但這里有一些有趣的比較數(shù)字：在標(biāo)準(zhǔn)FDM 3D打印機(jī)上打印PLA塑料所需的噴嘴溫度僅約為200°C。這使 G3DP2就像一只怪獸。

G3DP2每小時(shí)可輸出超過(guò)5公斤。運(yùn)動(dòng)控制涵蓋四個(gè)軸，傳統(tǒng)的X，Y和Z運(yùn)動(dòng)以及Z軸上的完全旋轉(zhuǎn)，但需要更多的工作來(lái)改善運(yùn)動(dòng)的使用。為米蘭設(shè)計(jì)周2017年制作了3米高的玻璃柱以展示其功能，機(jī)械測(cè)試標(biāo)志著3D打印玻璃的性能與石灰蘇打玻璃相當(dāng)。

勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室
加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的一個(gè)研究小組，從事光學(xué)項(xiàng)目的科學(xué)家和工程師開(kāi)發(fā)出一種新的3D打印技術(shù)，該技術(shù)使用特制的墨水從定制的3D打印機(jī)中擠出。 他們成功地打印了具有高級(jí)光學(xué)特性的小型測(cè)試件，可以與許多市售玻璃產(chǎn)品相媲美，現(xiàn)在已經(jīng)為創(chuàng)新的3D打印工藝申請(qǐng)了專利。

打印光學(xué)器件的困難在于玻璃的折射率對(duì)熱敏感，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員選擇以糊狀形式存放LLNL開(kāi)發(fā)的特殊材料，然后加熱整個(gè)打印品以定型。 這意味著玻璃能夠保持均勻的折射率，從而消除了可能導(dǎo)致光學(xué)功能下降的任何光學(xué)畸變。

最初打印的測(cè)試件很小，但現(xiàn)在該技術(shù)已被證實(shí)，許多可能的應(yīng)用程序可用于測(cè)試。可以用幾何結(jié)構(gòu)和組成變化來(lái)制造光學(xué)器件，這是使用更傳統(tǒng)的制造方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。例如，3D打印技術(shù)可以用來(lái)制造可以拋光的折射率漸變的透鏡，這將取代用于傳統(tǒng)曲面透鏡的更昂貴的拋光技術(shù)。

德國(guó)Karlsruhe理工學(xué)院
德國(guó)科學(xué)家通過(guò)利用一種微觀光固化（SLA）技術(shù)，打印出了質(zhì)量、復(fù)雜度、精細(xì)度都更高的玻璃制品。這就意味著，通過(guò)3D打印技術(shù)制造具有較高光學(xué)性能的玻璃結(jié)構(gòu)（如透鏡或過(guò)濾器）距離普及又近了一步。

這項(xiàng)突破是由德國(guó)Karlsruhe理工學(xué)院的Frederik Kotz等人實(shí)現(xiàn)的，奧秘在于使用了一種全新納米復(fù)合材料。這種材料由“納米級(jí)無(wú)定形二氧化硅（石英）粉末”和可以被紫外線固化的單體組成，在365納米的波長(zhǎng)下光傳輸率高達(dá)66%。而相比之下，一般的鑄造納米復(fù)合材料僅為4%。

使用這種新材料3D打印出的玻璃制品具有很高的光學(xué)清晰度和反射率，分辨率也很高，可以達(dá)到幾十微米，所以非常適合用來(lái)制做透鏡或過(guò)濾器等光學(xué)元件。不過(guò)在打印完成后，它們還需要經(jīng)過(guò)1300℃的高溫?zé)�結(jié)和脫脂處理才能真正成型。

萊普說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)有可能被用來(lái)3D打印智能手機(jī)攝像頭中的復(fù)合鏡頭、下一代微處理器的組件。但是它的應(yīng)用潛力真是無(wú)限的，從玻璃裝飾品到建筑物上使用的各種復(fù)雜外形的玻璃板都能制造。

Micron3DP
以色列Micron3DP開(kāi)發(fā)的玻璃3D打印技術(shù)，本質(zhì)上就是我們熟悉的熔融沉積（FDM），所以成型方式也如出一轍，即將融化的材料從噴頭擠出再層層堆積，直至構(gòu)建出3D實(shí)體。不過(guò)由于材料是熔點(diǎn)更高的玻璃而非塑料，這種技術(shù)的加熱溫度也不是只有200℃，而是高達(dá)上千度。

研制出了精度更高的新型玻璃3D打印機(jī)，其打印尺寸高達(dá)20厘米 x 20厘米 x 20厘米，打印層厚更是可以小到只有100微米！而由此帶來(lái)的結(jié)果就是，打印出的玻璃產(chǎn)品更加細(xì)膩了。

目前，Micron3DP能打印兩種不同類型的玻璃：堿石灰和硼硅酸鹽，該公司也有興趣開(kāi)發(fā)其他材料。他們的玻璃3D打印機(jī)不僅是一個(gè)創(chuàng)新性概念，實(shí)際上還能打印高質(zhì)量的復(fù)雜零件，打印層厚低至100微米，打印速度與許多FDM 3D打印機(jī)一樣快，構(gòu)建體積為200 x 200 x 300 mm，能進(jìn)行原型和小批量生產(chǎn)。該公司希望新機(jī)器能吸引醫(yī)療保健、建筑、藝術(shù)、制造、微流體等多個(gè)領(lǐng)域。

玻璃打印的吸引力不止在于它的新穎性。作為一種材料，玻璃具有極佳的耐熱性和耐化學(xué)性，這使得它適用于多種工業(yè)應(yīng)用。玻璃的生物兼容性和易于滅菌性使得它對(duì)醫(yī)療行業(yè)具有極大的吸引力。玻璃自身的審美價(jià)值也是不容忽略的，再加上玻璃打印比玻璃吹制更容易、更快、更安全，能制造出帶有獨(dú)特幾何形狀的復(fù)雜而精致的部件，3D設(shè)計(jì)師、藝術(shù)家和建筑師無(wú)疑會(huì)對(duì)玻璃3D打印的想法垂涎三尺。

整理的很全面