玻璃也可以3D列印了

漢堡新音樂廳於去年年底開放，受到了來自世界各地建築評論家的好評。音樂廳外部使用了約2000塊平面和弧形的玻璃面板，給人一種強烈的視覺衝擊。由於製作弧形玻璃面板要使用古老而又耗時的成形工藝，這個建築項目晚了六年才完工，預算也超了數億歐元，試想玻璃面板可以簡單地用3D印表機列印會怎麼樣呢？

這個技術直到今天才成為可能。最常用的3D列印材料是聚合物，這項技術可用於列印金屬，陶瓷，混凝土，藥物，甚至食物。但這項技術還不能完全適用於玻璃。

credit: neptunlab /KIT

「玻璃是人類使用的最古老的材料之一，但21世紀3D列印革命至今尚未發生在玻璃上，」Bastian Rapp說，他是德國卡爾斯魯厄技術研究所的研究員。

Rapp的團隊想出了3D列印玻璃的新技術，可用來生產結實透明的玻璃。這項技術使用一種稱為光固化快速成形的傳統3D列印方法。在光固化快速成形中，印表機使用某種液體(通常是聚合物)逐層構建被列印物，在被激光照射後就會硬化。Rapp的團隊已經找到了利用懸浮在液體聚合物中的玻璃粉進行列印的方法。一旦待列印對象被列印出來，它就會被放置在高溫爐中，聚合物會燃燒掉，玻璃顆粒也會熔化，最後只留下硬化的玻璃。

當熔融的石英玻璃暴露於800攝氏度的火焰中時，列印玻璃便獲得了高抗熱抗震性，如圖片展示的那樣。credit: neptunlab /KIT

Rapp的技術雖然不是3D列印玻璃的第一例，但卻是在低溫下列印出透明玻璃的第一例。在兩年前MIT的研究人員研發了擠壓熔融玻璃的方法，而其他團隊所用的較低溫的技術生產的玻璃脆弱而又朦朧。Rapp團隊卻是利用現有的普通3d立體印表機，這意味著它不需要特殊設備。

Rapp說，玻璃有許多獨特的性質使它成為3D列印的理想材料。他表示：「幾乎沒有什麼材料能夠暴露在玻璃所能承受的高溫下。也幾乎沒有什麼化學物質可以改變玻璃的性狀，而聚合物可以通過紫外光和有機溶劑降解。」

該團隊列印的三維玻璃。credit: neptunlab /KIT

玻璃也有其他材料無法比擬的透明度。即使是再透明的塑料透光性也不及玻璃，儘管玻璃易碎，但家家戶戶都在使用玻璃。儘管某些智能手機的鏡頭通常是塑料的，但因上述原因，高質量的鏡頭都是用的玻璃，Rapp說。

「手機拍照效果不及專業相機，鏡頭是很重要的原因之一」。Rapp表示，新的技術幾乎可以列印任何東西。它可以用於微小，複雜的列印對象，如珠寶，鏡片或電腦部件，或是大型對象，如玻璃窗。唯一的區別就是3D印表機本身。

這裡展示的是一個用熔融石英玻璃列印的城門的三維結構。credit: neptunlab /KIT

3D列印技術比起非列印技術製造小玻璃模型，不需要使用危險的氫氟酸進行化學刻蝕，而且它可以製造出封閉的腔和通道，這是傳統的玻璃吹製做不到的。而且比起非列印技術更有速度優勢。

為了進行他們的研究，拉普的團隊使用一種廉價而又未經改裝的3D印表機，業餘愛好者也能購買。「這是在機械上非常完善的技術平台，材料也是公認的，」Rapp說。「我們唯一做的就是利用現有技術用在新的東西上。」

這個團隊的研究發表在本月的《自然》雜誌上。

為了讓這項技術商業化，Rapp創建了一家公司。他希望年底前能第一款產品能投放市場。

[Lee via Smithsonian]

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