玻璃作為日常生活中廣泛存在的材料,以其多樣化的形態滲透于建筑、電子、光學等多個領域。其透明性、化學惰性、電絕緣性、耐熱性及可回收性等特性,使其在眾多應用場景中具有不可替代的價值。然而,玻璃的增材制造始終面臨重大技術瓶頸。傳統工藝需約1000℃的高溫熔化及嚴格熱環境控制,導致其在3D打印領域應用受限。林肯實驗室近期的一項突破性研究或將改變這一局面:其團隊成功開發出低溫3D打印玻璃技術,通過直接墨水書寫(DirectInkWriting)工藝在室溫下完成沉積,僅需250℃后續熱處理即可實現部件成型。
該技術的核心在于定制化墨水配方與精準打印工藝的結合。研究人員采用硅酸鹽溶液與無機納米顆粒復合體系作為打印墨水,通過直徑410微米的噴嘴進行逐層擠出,實現對打印過程的毫米級控制。墨水可在塑料、金屬、玻璃或硅膠等多種基材上完成室溫沉積,隨后硅酸鹽顆粒與二氧化硅顆粒通過化學反應形成三維網絡結構,構建出具有特定形態的玻璃前驅體。
完成室溫打印后,部件需經歷關鍵的后處理流程以提升結構穩定性。首先,樣品被置于250℃的礦物油浴中進行熱固化處理,確保墨水成分充分交聯;隨后,采用甲苯與異丙醇混合溶劑對固化后的部件進行清洗,徹底去除殘留礦物油。據研究團隊披露,經此工藝處理的玻璃部件展現出高打印分辨率、低收縮率以及優異的熱穩定性,初步實驗結果表明該技術具有顯著的應用潛力。
盡管后處理步驟增加了制造流程的復雜度,但250℃的加工溫度較傳統方法仍有顯著優勢。目前,研究重點已轉向提升玻璃材料的光學透明度,并開發具備不同化學與電氣特性的功能化墨水。這一技術突破不僅為復雜玻璃結構的定制化生產提供了新路徑,更可能推動光學器件、微流控芯片及高性能傳感器等領域的創新發展。
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