弗萊堡大學(xué)的一組研究人員與材料初創(chuàng)公司Glassomer共同開(kāi)發(fā)了一種與注射成型技術(shù)兼容的新型聚合物基石英玻璃材料。

當(dāng)與3D打印模具一起使用時(shí)，這種復(fù)合材料可以高通量生產(chǎn)具有以前不可能的幾何形狀的復(fù)雜玻璃組件。期望從光學(xué)設(shè)備到太陽(yáng)能技術(shù)和芯片實(shí)驗(yàn)室醫(yī)療設(shè)備等所有領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。Glassomer工藝技術(shù)實(shí)驗(yàn)室小組負(fù)責(zé)人表示，對(duì)于具有復(fù)雜幾何形狀的小型高科技玻璃組件，潛力巨大。除了透明度之外，玻璃的極低膨脹系數(shù)也使這項(xiàng)技術(shù)變得有趣。如果關(guān)鍵部件是玻璃制成的，那么傳感器和光學(xué)元件在任何溫度下都能可靠地工作。

玻璃制造的新方法

幾千年來(lái)，玻璃一直是美學(xué)，透視零件的首選材料。如今，這種材料已用于從瓶子和窗戶到高科技電信設(shè)備的所有事物。玻璃組件的成型主要基于熔融、研磨、蝕刻和窯鑄等工藝，所有這些工藝緩慢、耗能，并且在幾何自由度方面受到嚴(yán)格限制。

另一方面，注塑成型是聚合物行業(yè)的*技術(shù)。它既快速又具有成本效益，非常適合于具有多種零件類(lèi)型的批量生產(chǎn)。根據(jù)弗賴堡研究小組的說(shuō)法，透明玻璃直到現(xiàn)在才與高速注塑技術(shù)兼容。數(shù)十年來(lái)，玻璃一直是制造過(guò)程中材料的第二選擇，因?yàn)椴ＡУ男纬蛇^(guò)于復(fù)雜，耗能大，不適合生產(chǎn)高分辨率結(jié)構(gòu)。另一方面，聚合物已經(jīng)允許了所有這些，但是它們的物理、光學(xué)、化學(xué)和熱學(xué)性能不如玻璃。因此，我們將聚合物和玻璃加工工藝相結(jié)合，以快速，經(jīng)濟(jì)高效地用玻璃代替批量生產(chǎn)的產(chǎn)品和復(fù)雜的聚合物組分。

通過(guò)注塑成型復(fù)雜的玻璃零件

新開(kāi)發(fā)的材料是研究人員在內(nèi)部設(shè)計(jì)的一種特殊的復(fù)合顆粒，可以在僅130°C的低溫下成型。該材料還有液態(tài)樹(shù)脂版本，可與基于SLA的3D打印兼容。當(dāng)注入3D打印模具中時(shí)，該材料*初是乳白色，但可以通過(guò)熱處理過(guò)程轉(zhuǎn)換為純石英玻璃。可以用比傳統(tǒng)的玻璃熔化少得多的能量來(lái)完成此操作，并且成型的玻璃部件具有較高的表面質(zhì)量，因此完全消除了進(jìn)一步拋光的需要。

為了使當(dāng)前的工作成為可能，研究團(tuán)隊(duì)必須解決與材料孔隙率和顆粒磨損有關(guān)的現(xiàn)有問(wèn)題。為了使該技術(shù)更加環(huán)保，團(tuán)隊(duì)還使用水作為基礎(chǔ)材料。

微光學(xué)玻璃涂層可以提高太陽(yáng)能電池的效率。該技術(shù)現(xiàn)在可用于生產(chǎn)具有高熱穩(wěn)定性的經(jīng)濟(jì)高效的高科技涂料。

3D打印和玻璃的結(jié)合往往引起人們的關(guān)注，但是有許多研究機(jī)構(gòu)希望推動(dòng)這一領(lǐng)域的發(fā)展。阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的科學(xué)家們*近開(kāi)發(fā)了一種3D打印光子晶體光纖的新方法-一種特殊類(lèi)型的光纖。該團(tuán)隊(duì)為該項(xiàng)目構(gòu)建了基于SLA的專(zhuān)用3D打印機(jī)，該打印機(jī)使科學(xué)家能夠使用以前不可能的內(nèi)部幾何形狀來(lái)定制其光纖。

在其他地方，勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的研究人員以前使用多材料3D打印，即直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）來(lái)制造高度定制的梯度折射率（GRIN）玻璃光學(xué)器件。該技術(shù)允許將許多光學(xué)功能直接編程到平板玻璃組件中，否則這些功能將需要曲面透鏡。