玻璃3D打印技术: 从宏观到微观
Additive Manufacturing of Transparent Glass: From Macro- to Micro-Scale
郭建军Ⅰ增材制造材料技术团队
近年来，增材制造(3D打印)无论在基础研究、关键技术和产业发展方面都取得了飞速发展，正从原型制作逐渐发展到高性能终端零部件的直接制造。在各种成熟的打印工艺中，熔融挤出造型(FDM)技术使用、维护简单，成本较低应用面也最广。然而，目前的FDM打印机还不能打印高熔点材料，严重限制了可打印材料种类及应用领域。玻璃材料具有成本低、外形美观并且应用面广、易回收等特点，因此玻璃3D打印技术受到了广泛的关注。现有技术主要包括粘合剂喷射和激光烧结技术，但打印件仍存在透光性、力学性能和致密度远低于传统玻璃加工工艺等问题。
宁波材料所3D打印研发团队针对上述问题，借鉴传统的玻璃熔融挤出工艺开发了适用于熔融沉积成形的玻璃材料及工艺技术，并针对该工艺开发了桌面级玻璃打印机及专用陶瓷喷嘴。该团队突破了高工况温度和工艺稳定性控制技术，解决了玻璃材料易发生碎裂的问题，实现了通用玻璃从微米量级到厘米量级的跨尺度三维制造。研究人员经过成型温度、退火温度及打印工艺的优化，成功实现了微米尺寸微针阵列、微透镜阵列等3D微结构和多种形态宏观玻璃件3D打印，打印件的特征尺寸达到50微米以下，打印线速度可达10毫米/秒。
通过该工艺打印的玻璃结构件具有硬度、透明性高、结构精细可控、表面光洁度好和成本低廉等特点，有望在大视角相机、集成光路互连、光子晶体光纤预制棒及模具和艺术品等领域取得广泛应用。
