要運用3D打印技術去打印玻璃,這并非什么易事。世界上也曾經只有幾個科研團隊嘗試過用添加方法打印玻璃。有些是采用3D打印而成的熔融玻璃來打造玻璃,但這缺點是,溫度要求極高,因此設備的耐熱性也得相應的高。有些則是采用粉末狀的陶瓷顆粒,這些顆??梢栽谑覝叵麓蛴〕鰜?,然后燒結形成玻璃,然而這種方法打印出來的玻璃結構并不夠復雜。
蘇黎世聯邦理工學院的研究人員現在已經采用一種新技術,通過3D打印來生產復雜的玻璃物體。該方法基于立體光刻技術,為80年代開發的首批3D打印技術之一。蘇黎世聯邦理工學院(ETH)復合材料實驗室主任AndréStudart帶領的一組研究人員開發了一種特殊的樹脂,該樹脂包含塑料和與玻璃前體結合的有機分子。
用于“生長”物體的光
可以使用可商購的數字光處理技術來處理樹脂。這涉及用紫外線圖案照射樹脂。無論光線照射到樹脂的何處,它都會變硬,因為聚合物樹脂的感光成分在暴露點發生交聯。塑料單體結合形成迷宮般的結構,從而形成聚合物。含陶瓷分子填充了這個迷宮的空隙。
因此,可以逐層構建對象。研究人員可以改變每一層的各種參數,包括孔徑,弱光強度會導致大孔隙;強烈的照明會產生細小毛孔。研究人員說:“我們是偶然發現的,但是我們可以用它直接影響打印物體的孔徑。”
研究人員還能夠通過將二氧化硅與硼酸鹽或磷酸鹽混合并將其添加到樹脂中來逐層修改微觀結構。復雜的對象可以由不同類型的玻璃制成,甚至可以使用該技術組合到同一對象中。
然后研究人員在兩種不同的溫度下燒制以這種方式生產的坯料:在600°C下燒掉聚合物骨架,然后在1000°C左右將陶瓷結構致密化為玻璃。在燒制過程中,物體明顯收縮,但變得像窗戶玻璃一樣透明和堅硬。
專利申請
這些3D打印的玻璃物體仍然不超過模具。研究人員強調,不能以這種方式生產大玻璃物體,例如瓶子,水杯或窗玻璃-這實際上并不是該項目的目標。
目的是證明使用3D打印工藝生產復雜幾何形狀的玻璃物體的可行性。但是,新技術不僅僅是噱頭。研究人員還申請了專利,目前正在與一家主要的瑞士玻璃器皿經銷商進行談判,該經銷商希望在其公司中使用該技術。
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