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玻璃是地球上最古老的材料之一，人類在十萬多年前就開始加工。它被用來制造工具和武器，隨著時間推移，其應用范圍不斷增加?？纯次覀兘裉斓闹茉猓Ａo處不在，且以多種形式存在。還有許多不同的變體，具有不同的特性和特性。但如果玻璃如此普遍地融入我們的生活，增材制造又如何呢？玻璃可以3D打印嗎？答案是肯定的，但這是一種復雜的材料。事實上，玻璃加工需要非常高的熔點（約1000°C）和極其受控、精確的熱環境。盡管有這些限制，一些廠商開發出能夠生產各種零件的玻璃3D打印機。雖然部分已商業化，但大多數仍處于研究項目階段。這里還有更多！
Maple 4 是一款桌面玻璃3D打印機，結合了簡潔與先進性能。與傳統玻璃制造需要極端高溫和專業設備不同，該系統使工藝更易接近且高效。體積緊湊，尺寸為736 x 600 x 985毫米，重量約100公斤，使用標準的220–240V電源插座，噴嘴溫度接近1000°C。 它擁有200×200×300毫米的打印體積，能夠處理高流量打印。它還能在不到一小時內生產出精細的玻璃零件。其功能包括一鍵打印、自動網格床平和磁性打印床，這些都有助于使用方便并確保結果一致。
（圖片來源：Maple Glass Printing）
Nobula玻璃3D打印機引入了直接玻璃激光沉積（DGLD）技術，公司稱其“使玻璃打印和打印塑料一樣簡單”。該打印機在非接觸式激光加熱下可達到2200°C。它高精度且節能，同時無需后期處理。該設備尺寸約為100×40×60厘米，重量略超50公斤。該系統分辨率為100–250微米，支持0%至100%的填充。打印速度從每分鐘5毫米到200毫米不等，用戶可以制作出細節精細且性能優異的獨立結構。該設備針對硅玻璃進行了優化，兼容Nobula和商業切割軟件。這款來自Nobula的玻璃3D打印機為復雜且高品質的玻璃組件在研究、設計和先進制造領域打開了大門。
一個花瓶和空心結構，使用Nobula玻璃3D打印機打印，使用公司獨特的專利申請中玻璃絲材。（圖片來源：Nobula）
美國麻省理工學院無疑是最早研究開發玻璃3D打印機的機構之一。首次測試始于2015年，當時由Neri Oxman領導的一組研究人員展示了一種能夠逐層擠出熔融玻璃的工藝。幾年后，他們機器的第一個版本演變成了G3DP2。該打印方案可連續沉積30公斤熔融玻璃，集成熱控系統以確保玻璃形成和質量的正確。因此，無論用途如何，機器都能生產透明玻璃零件。如今，G3DP2 已不再直接銷售，但該方案目前已被 Evenline 工作室每天使用，你甚至可以直接通過他們的網站訂購玻璃零件。
G3DP的第一代（圖片來源：MIT/Oxman）
Glassomer 是一家專注于玻璃增材制造的德國公司。目前公司并不直接銷售機器，而是提供3D打印玻璃零件，特別是原型的專業知識，無論其形狀如何。例如，它可以打印你未來瓶子的不同設計，或者裝飾品和珠寶。Glassomer能夠提供此類服務，是因為它開發了能夠自行制造原材料的工藝。該材料由復合材料組成，液體用于3D打印，固體用于注射，由硅玻璃粉末和有機粘合劑制成。這種材料用于增材制造，使得生產透明玻璃零件成為可能。
打印機3D打印的瓶子示例。（圖片來源：Glassomer）
值得一提的研究方向是麻省理工學院林肯實驗室關于玻璃低溫增材制造的研究。他們的方法相當創新，因為玻璃幾乎總是在非常高溫下加工。然而，他們并未采用類似的技術。那么，他們是怎么做到的？工藝從室溫開始：通過直接墨水書寫，逐層成型物體。隨后在礦物油浴中固化，加熱至僅250°C，而傳統方法通常需要的>1000°C。熱處理完成后，用無機溶劑沖洗以去除殘留礦物油，完成準備。至于與該工藝兼容的材料，是一種多材料墨水，同樣由林肯實驗室開發，由硅酸鹽溶液和其他無機化合物的納米顆粒組成。該研究仍在進行中，但結果顯示該技術有望使玻璃器件如微流控系統、光學透鏡和高溫電子元件的3D打印更為便捷。
玻璃杯采用低溫工藝印刷。（圖片來源：林肯實驗室）
加州大學伯克利分校的研究人員與德國弗萊堡大學合作，開發了一種3D打印玻璃微結構的技術。該技術基于多年前開發的計算機軸向光刻（CAL）工藝，但現在他們已經能夠在微觀尺度和玻璃中以更細致的細節打印。這一新工藝被命名為micro-CAL。與傳統方法不同，該工藝不是逐層打印，而是同時打印整個物體。激光將光線圖案投射到含有玻璃納米顆粒并被光敏結合劑包圍的特殊樹脂材料中。光線使粘合劑凝固，然后加熱物體以去除多余的結合劑，使顆粒融合，形成一塊純凈的玻璃。為什么要在玻璃上打印微觀結構？研究人員指出，應用領域包括微觀光學元件、虛擬現實眼鏡、先進顯微鏡及其他科學儀器。
一個3D打印的三分微管模型，旁邊是蚊子。（圖片來源：Adam Lau / 伯克利工程）
蘇黎世聯邦理工學院的研究人員于2019年著手證明復雜玻璃物品可以3D打印，他們成功了，隨后申請了專利。團隊利用立體光刻技術，利用一種將塑料和有機分子結合到玻璃前體的樹脂，創造出復雜且高度多孔的玻璃結構。具體來說，他們采用了數字光處理（DLP），發現可以通過調節光強來調節物體的孔徑。樹脂固化后，印刷品分為兩個階段：首先在600°C燒毀聚合物框架，然后在約1000°C下將陶瓷密實化成玻璃。雖然這一過程使物體大幅收縮，但最終產品透明且堅硬，類似窗玻璃。
空包彈（左側）以600度射擊以去除塑料框架。物體再次點燃，變成了玻璃（右圖）。（圖片來源：復雜材料集團 / 蘇黎世聯邦理工學院）
圣母大學的研究人員開發了另一種創新的玻璃3D打印方法。他們的方法使用二氧化碳激光器加熱玻璃棒表面，然后熔化到安裝在四軸數控平臺上的熔融石英基底上?；南嗷プ饔?、未加熱部分的壓力、重力和表面張力的結合，使玻璃能夠以受控的方式形成。利用這種技術，團隊能夠創建二維圖案和獨立的三維螺旋結構。當領導圣母大學研究的埃德·金澤爾與墨西哥蒙特雷理工與高等教育學院的同事合作時，這項工作進一步推進。他們共同從制作空心形狀，發展到實現密集、完全透明的三維實體。盡管精度仍是挑戰，研究人員樂觀地認為，通過進一步改進，性能將會更進一步。
圣母大學開發了3D打印方法。（圖片來源：Wes Evard / 圣母大學）
