3D打印
玻璃也可以3D打印了
汉堡新音乐厅于去年年底开放，受到了来自世界各地建筑评论家的好评。音乐厅外部使用了约2000块平面和弧形的玻璃面板，给人一种强烈的视觉冲击。由于制作弧形玻璃面板要使用古老而又耗时的成形工艺，这个建筑项目晚了六年才完工，预算也超了数亿欧元，试想玻璃面板可以简单地用3D打印机打印会怎么样呢？
这个技术直到今天才成为可能。最常用的3D打印材料是聚合物，这项技术可用于打印金属，陶瓷，混凝土，药物，甚至食物。但这项技术还不能完全适用于玻璃。
credit: neptunlab /KIT
“玻璃是人类使用的最古老的材料之一，但21世纪3D打印革命至今尚未发生在玻璃上，”Bastian Rapp说，他是德国卡尔斯鲁厄技术研究所的研究员。
Rapp的团队想出了3D打印玻璃的新技术，可用来生产结实透明的玻璃。这项技术使用一种称为光固化快速成形的传统3D打印方法。在光固化快速成形中，打印机使用某种液体(通常是聚合物)逐层构建被打印物，在被激光照射后就会硬化。Rapp的团队已经找到了利用悬浮在液体聚合物中的玻璃粉进行打印的方法。一旦待打印对象被打印出来，它就会被放置在高温炉中，聚合物会燃烧掉，玻璃颗粒也会熔化，最后只留下硬化的玻璃。
当熔融的石英玻璃暴露于800摄氏度的火焰中时，打印玻璃便获得了高抗热抗震性，如图片展示的那样。credit: neptunlab /KIT
Rapp的技术虽然不是3D打印玻璃的第一例，但却是在低温下打印出透明玻璃的第一例。在两年前MIT的研究人员研发了挤压熔融玻璃的方法，而其他团队所用的较低温的技术生产的玻璃脆弱而又朦胧。Rapp团队却是利用现有的普通3d立体打印机，这意味着它不需要特殊设备。
Rapp说，玻璃有许多独特的性质使它成为3D打印的理想材料。他表示：“几乎没有什么材料能够暴露在玻璃所能承受的高温下。也几乎没有什么化学物质可以改变玻璃的性状，而聚合物可以通过紫外光和有机溶剂降解。”
该团队打印的三维玻璃。credit: neptunlab /KIT
玻璃也有其他材料无法比拟的透明度。即使是再透明的塑料透光性也不及玻璃，尽管玻璃易碎，但家家户户都在使用玻璃。尽管某些智能手机的镜头通常是塑料的，但因上述原因，高质量的镜头都是用的玻璃，Rapp说。
“手机拍照效果不及专业相机，镜头是很重要的原因之一”。Rapp表示，新的技术几乎可以打印任何东西。它可以用于微小，复杂的打印对象，如珠宝，镜片或电脑部件，或是大型对象，如玻璃窗。唯一的区别就是3D打印机本身。
这里展示的是一个用熔融石英玻璃打印的城门的三维结构。credit: neptunlab /KIT
3D打印技术比起非打印技术制造小玻璃模型，不需要使用危险的氢氟酸进行化学刻蚀，而且它可以制造出封闭的腔和通道，这是传统的玻璃吹制做不到的。而且比起非打印技术更有速度优势。
为了进行他们的研究，拉普的团队使用一种廉价而又未经改装的3D打印机，业余爱好者也能购买。“这是在机械上非常完善的技术平台，材料也是公认的，”Rapp说。“我们唯一做的就是利用现有技术用在新的东西上。”
这个团队的研究发表在本月的《自然》杂志上。
为了让这项技术商业化，Rapp创建了一家公司。他希望年底前能第一款产品能投放市场。
本文译自 Smithsonian，由 Lee 编辑发布。