辦公桌上的“玻璃工廠”，讓3D打印玻璃像打印塑料一樣簡單

來源: DeepTech深科技

3D 打印正在塑造未來的制造業(yè) 。

隨著 3D 打印技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用邊界不斷拓展。據(jù)了解，2020 年全球銷售的 3D 打印機超過 200 萬臺，種類囊括塑料、金屬，甚至陶瓷，萬物似乎皆可打印。

然而，玻璃 3D 打印對于制造業(yè)來說卻一直都是一個巨大的挑戰(zhàn)。

近日，來自瑞典的初創(chuàng)公司 Nobula 提供了一種快速高精度的玻璃 3D 打印技術(shù)，該技術(shù)的普及將在很大程度上解決復(fù)雜玻璃結(jié)構(gòu)成本高昂的痛點，使 3D 打印玻璃像打印塑料一樣簡單。

圖 | Nobula 玻璃 3D 打印機（來源：劉春昕）

辦公桌上的玻璃打印成為現(xiàn)實

玻璃是非常古老的材料，早在公元前 3500 年的埃及人類就開始制造玻璃制品，中國也出土過戰(zhàn)國時期的透明玻璃杯。

由于其透明且穩(wěn)定的性能，玻璃的應(yīng)用極為普遍，醫(yī)療、光學(xué)、航空航天、固態(tài)電池、藝術(shù)品、珠寶等市場對復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的需求也在不斷增長。但事實上，玻璃卻是一種非常難成型和加工的材料。

一方面，玻璃的熔點非常高，純二氧化硅玻璃的熔點甚至高達 2000℃，而且玻璃的脆性也導(dǎo)致物理加工極為困難。

另一方面，在玻璃制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)制法只能研制較大尺度、低精度、簡單的玻璃結(jié)構(gòu)。任何高精度復(fù)雜的玻璃結(jié)構(gòu)制造成本都相當(dāng)昂貴。

麻省理工學(xué)院（MIT）學(xué)者曾在 2015 年提出一種 3D 打印玻璃的解決方案，但是該技術(shù)和傳統(tǒng)玻璃制造相重合，成本極高，卻又無法真正解決行業(yè)難題。市場亟需更多元化的玻璃 3D 打印技術(shù)。

“基于對激光和玻璃的認(rèn)知，我們認(rèn)為 Nobula 有能力給出更普適的玻璃 3D 打印解決方案。2020 年我們團隊終于研發(fā)出了 DGLD（Direct Glass Laser Deposition）技術(shù)，并看到了其商用的潛力和價值�！盢obula 公司 CEO、聯(lián)合創(chuàng)始人劉春昕博士表示。

圖 | 劉春昕博士和團隊成員（左）KTH 副教授 Michael Fokine，（右）博士生 Taras Oriekhov（來源：劉春昕）

Nobula 公司源于瑞典皇家理工學(xué)院（KTH Royal Institute of Technology，簡稱KTH）激光物理組的一個博士科研項目。基于激光熔融技術(shù)，該團隊開發(fā)了桌面級玻璃 3D 打印技術(shù)。

據(jù)了解，在打印的過程中，其團隊用多個激光束對玻璃線材進行融化和再凝固，進而 3D 成型。打印流程實際上和塑料打印的 FDM 技術(shù)相似，不同之處在于 DGLD 技術(shù)能夠在 400-2000℃ 的打印溫度上操作。

“這個溫度控制允許我們打印包括超高純度二氧化硅在內(nèi)的任何玻璃材料，甚至在將來可以預(yù)見用我們的系統(tǒng)打印金屬和聚合物。”劉春昕補充道。

目前，Nobula 已經(jīng)對該 3D 打印技術(shù)申請了兩個國際專利，分別針對 3D 打印機和玻璃線材。

打印 “玻璃背包” 以追蹤候鳥

玻璃作為 最常見的 材料之一，在非常多的領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用，比如生物 醫(yī)藥、航空航天、微流體、信息通訊等。 而玻璃 3D 打印技術(shù)可極大降低復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的成本，縮短供應(yīng)鏈周期，降低材料損耗，減少生產(chǎn)過程的碳排放，從而衍生出更多的應(yīng)用可能。

“可以說，玻璃 3D 打印是一個目前近乎空白但應(yīng)用前景又橫跨多個下潛市場的領(lǐng)域�！眲⒋宏勘硎�。

目前，Nobula 致力于玻璃打印，并將目光主要放在生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域，但隨著其 3D 打印技術(shù)的不斷完善，更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u得到開發(fā)。

圖 | 背面帶有 3D 打印玻璃容器的極地燕鷗，攝影: Patrick Olofsson（來源：劉春昕）

一個意想不到的例子是一種玻璃容器：Nobula 為瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的研究人員特別定制了一個“鳥類背包”，可封裝電子設(shè)備，從而用來追蹤極地燕鷗。

據(jù)了解，這種極地燕鷗主要生活在南北極，是當(dāng)今世界上有記錄的遷徙時間最長的鳥類動物，每年都會在南北極之間往返，旅程甚至長達上萬公里。

為了追蹤同時完整記錄極地燕鷗的遷徙過程，隆德大學(xué)的高級講師和鳥類專家約翰·貝克曼（Johan Bäckman）三年來一直在尋找一種耐用且輕便的材料。這樣做的目的是制作一個容器來放置跟蹤發(fā)射器。

而 Nobula 制作的 “玻璃背包” 恰好滿足了這個要求。其不僅具有極高的材料強度、超輕量化、可防水、承受高溫和低溫環(huán)境，而且內(nèi)部空間充足，足夠容納發(fā)射器。最重要的是，該容器是透明的，這使其可以與光傳感器一同工作而不受限制。

隨后，研究人員在 “背包” 中插入了一個重量不超過半克并且可以使用至少一年的電子芯片。通過這種方式，他們能夠在極地燕鷗的筑巢地點和冬季住所之間一路跟隨，共同開啟一段大約為 9000 公里的遷徙旅程。

Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽嶄露頭角

值得注意的是，盡管成立時間不長，但 Nobula 目前已是 Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽中被提名為獲勝者的五家公司之一，吸引了較多關(guān)注。

Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽現(xiàn)已進入第七個年頭，旨在表彰來自增材制造領(lǐng)域的年輕創(chuàng)新公司。除了新的、創(chuàng)造性的和可行的商業(yè)理念外，可持續(xù)性主題也發(fā)揮著重要作用。

圖 | Nobula 獲得 Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽獎杯（來源：劉春昕）

與此同時，F(xiàn)ormnext 也是全球最大的 3D 打印展會，吸引了全球頂尖的增材制造企業(yè)參與其中，是增材制造技術(shù)展示的首選平臺。據(jù)劉春昕介紹，Nobula 作為優(yōu)勝者，將于 11 月中旬在其位于德國法蘭克福的展會上現(xiàn)場展示玻璃打印技術(shù)。

“我們期待和來自世界各地的潛在客戶、投資人，以及未來的業(yè)務(wù)合作伙伴一起探索玻璃 3D 打印的未來應(yīng)用領(lǐng)域和潛能。而 Formnext 也有助于我們團隊學(xué)習(xí)最先進的增材制造發(fā)展方向，把握行業(yè)最新的趨勢。”劉春昕說道。

談及下一步規(guī)劃，劉春昕表示將在 2022 年向全球市場推出自身的玻璃 3D 打印系統(tǒng)，并且尋求投資與業(yè)務(wù)合作伙伴。而中國市場正是 Nobula 重點關(guān)注的市場之一。

據(jù)悉，中國的增材制造雖然在起步階段落后于歐美，但中國卻是世界上主要增材制造市場中增速最快的。2020 年市場規(guī)模是 44 億美元，預(yù)計在 2027 年將達到 145 億美元，從而一躍成為世界上最大的增材制造市場，接近全球市場的四分之一。

另一方面，隨著市場對 3D 打印技術(shù)的認(rèn)可，下游市場比如航空航天、車輛制造、芯片電子等對 3D 打印技術(shù)的接受程度會進一步增加，對于嘗試和開發(fā)新的 3D 打印技術(shù)的需求也會更加強烈。

圖 | 新型 3D 打印機打印的微鏡矩陣（來源：劉春昕）

這也意味著玻璃 3D 打印在中國有著廣闊的應(yīng)用場景和潛力。

Nobula 計劃從 2023 年起在國內(nèi)和瑞典同時建立兩條生產(chǎn)線，用以生產(chǎn)不同型號的玻璃 3D 打印機和打印線材，為中國和全球提供 3D 打印解決方案。

此外，劉春昕表示，“從 2021 年起，F(xiàn)ormnext 在深圳成立了第一個歐洲以外的分會場，我們也期待借助這個平臺向國內(nèi)市場推廣我們的技術(shù)�！�