玻璃是人類最古老的材料之一。它的使用可以追溯到古埃及和羅馬，現(xiàn)在它在21世紀(jì)的制造技術(shù)中占有重要的地位。玻璃在人們的生活中無處不在，其獨(dú)特的透光性和材質(zhì)吸引著創(chuàng)造迷人藝術(shù)作品的藝術(shù)家以及消費(fèi)者和企業(yè)。然而，玻璃固有的易碎性也是玻璃加工技術(shù)中的一個(gè)問題，如何找到高效、便捷的玻璃加工技術(shù)，是企業(yè)和工程師都在思考的問題。

隨著技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)材料特性的認(rèn)識(shí)不斷加深，相關(guān)的材料加工技術(shù)也在因應(yīng)需求而不斷創(chuàng)新，其中3D打印技術(shù)就是一項(xiàng)突破性的技術(shù)。 3D打印具有節(jié)省材料、易于安裝、可打印物品形狀靈活、打印零件精密、生產(chǎn)率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，有望引領(lǐng)下一次制造革命，被認(rèn)為是一種加工技術(shù)。目前可用的各種3D打印技術(shù)均用于聚合物和金屬，但在玻璃加工領(lǐng)域的應(yīng)用還有些缺乏。為了更方便、高效地加工復(fù)雜的玻璃制品，相關(guān)科研人員和工程師通過實(shí)驗(yàn)探索，將3D打印技術(shù)（增材制造）引入到玻璃制品的加工中。

玻璃材料的熔點(diǎn)高于陶瓷、金屬等研發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)的材料，玻璃液凝固成型需要保溫、退火等工藝，需要精確控制溫度。 有。由于爆炸等現(xiàn)象，玻璃材料的3D打印變得更加困難。

3D打印玻璃技術(shù)的分類

根據(jù)3D打印過程是否需要激光，玻璃3D打印技術(shù)可以簡(jiǎn)單地分為非激光3D打印技術(shù)和激光3D打印技術(shù)。其中，非激光3D打印技術(shù)包括熔融沉積成型（FDM）、粘合劑噴射打印和立體光刻（SLA），激光3D打印技術(shù)主要包括激光燒結(jié)/熔化（SLS/SLM）技術(shù)。

粘合劑噴射印刷

Marchelli等人利用3D打印技術(shù)，通過噴墨打印的方式打印三維物體，以麥芽糖糊精為粘合劑，混合玻璃粉和輔助材料，并噴涂粘合劑活化劑。然后對(duì)打印材料進(jìn)行恒溫精煉、高溫定影、自然冷卻等后處理。各種溫度的變化對(duì)材料的收縮率也有一定的影響。此外，不同粒徑的玻璃粉原料3D打印燒結(jié)而成的成品表面粗糙度和層間結(jié)構(gòu)厚度也不同。

（a）打印樣品的收縮照片（b）用不同粒徑的玻璃粉打印的樣品（刻度單位為毫米）

熔融沉積成型(FDM)

通過采用熔融擠出方法，Klein等人可以將獨(dú)特的3D打印噴嘴保持在恒定高度，以水平方向連續(xù)擠出熔融玻璃，并通過控制噴嘴移動(dòng)的速度，可以構(gòu)建和制造結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的玻璃。采用這種方式印刷的玻璃制品表面光滑，透光率高。

融合噴嘴打印工藝

立體光刻(SLA)

Frederik Kotz 及其同事將高純度熔融二氧化硅納米顆粒與少量液體聚合物混合，并使用立體光刻技術(shù)通過在特定點(diǎn)照射光來固化它們。剩余的液體材料在溶劑浴中被洗掉，僅留下所需的固化結(jié)構(gòu)。然后通過加熱除去仍然混合在玻璃結(jié)構(gòu)內(nèi)的任何聚合物。此時(shí)，基板仍不穩(wěn)定，需要進(jìn)一步燒結(jié)以熔化玻璃顆粒并讓其自然冷卻和成型。

光固化三維成型工藝

激光3D打印玻璃技術(shù)

激光燒結(jié)技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬、陶瓷等材料的3D打印，激光照射區(qū)域產(chǎn)生的局部高溫可以滿足大多數(shù)高熔點(diǎn)材料的熔化成型需求。這是玻璃粉。

Lee等人以單斜晶系HBO2為粘結(jié)劑與鋁鋅硼硅酸鹽玻璃粉復(fù)合，利用SLS打印微晶玻璃復(fù)合材料，再經(jīng)高溫加工得到成品零件。通過測(cè)試不同溫度范圍下燒結(jié)的材料，我們發(fā)現(xiàn)溫度會(huì)影響陶瓷玻璃的密度和彎曲強(qiáng)度。

激光3D打印玻璃應(yīng)用實(shí)例

3D打印技術(shù)在玻璃制品加工中最顯著的優(yōu)勢(shì)是制作精確可控的三維空間模型，克服了傳統(tǒng)模壓、吹泡方法在復(fù)雜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)中的局限性。因此，激光3D打印玻璃有著極好的應(yīng)用市場(chǎng)。如用于精細(xì)光學(xué)配件、微量化學(xué)分析儀、光學(xué)元件以及其他需要產(chǎn)品空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。

目前，玻璃3D打印存在一些挑戰(zhàn)，如打印精度低、產(chǎn)品熱處理過程中變形等，而相關(guān)加工設(shè)備的發(fā)展限制了當(dāng)前激光3D打印的尺寸。玻璃樣品僅有少數(shù)，離實(shí)用化還很遠(yuǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信未來3D打印技術(shù)將會(huì)在玻璃制品的加工中以不同的方式大放異彩。

第：章

寧波材料技術(shù)與工程學(xué)院寧波材料大學(xué)推進(jìn)玻璃3D打印技術(shù)與裝備研究

林宣城先生。連續(xù)液面建模3D打印技術(shù)及建筑模型制作

顧兆全。新型玻璃3D打印解決方案

楊悅.激光3D打印玻璃研究進(jìn)展

Susanne K. 透明玻璃3D 打印

Lee IS. 通過選定的激光燒結(jié)工藝生產(chǎn)的氧化鋁玻璃復(fù)合材料的快速完全致密化

Marchelli G. 玻璃3D 打印指南： 開發(fā)、方法、診斷和結(jié)果

Frederick Kotz，透明石英玻璃上的三維打印。