辦公桌上的“玻璃工廠”讓3D打印玻璃像打印塑料一樣簡單

3D打印正在塑造未來的制造業(yè)。

隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用邊界不斷拓展。據(jù)了解，2020年全球銷售的3D打印機(jī)超過200萬臺(tái)，種類囊括塑料、金屬，甚至陶瓷，萬物似乎皆可打印。

然而，玻璃3D打印對(duì)于制造業(yè)來說卻一直都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

近日，來自瑞典的初創(chuàng)公司Nobula提供了一種快速高精度的玻璃3 D打印技術(shù)，該技術(shù)的普及將在很大程度上解決復(fù)雜玻璃結(jié)構(gòu)成本高昂的痛點(diǎn)，使3D打印玻璃像打印塑料一樣簡單。

辦公桌上的玻璃打印成為現(xiàn)實(shí)

玻璃是非常古老的材料，早在公元前3500年的埃及人類就開始制造玻璃制品，中國也出土過戰(zhàn)國時(shí)期的透明玻璃杯。

由于其透明且穩(wěn)定的性能，玻璃的應(yīng)用極為普遍， 醫(yī)療、光學(xué)、航空航天、固態(tài)電池、藝術(shù)品、珠寶等市場(chǎng)對(duì)復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的需求也在不斷增長。但事實(shí)上，玻璃卻是一種非常難成型和加工的材料。

一方面，玻璃的熔點(diǎn)非常高，純二氧化硅玻璃的熔點(diǎn)甚至高達(dá)2000攝氏度，而且玻璃的脆性也導(dǎo)致物理加工極為困難。

另一方面，在玻璃制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)制法只能研制較大尺度、低精度、簡單的玻璃結(jié)構(gòu)。任何高精度復(fù)雜的玻璃結(jié)構(gòu)制造成本都相當(dāng)昂貴。

麻省理工學(xué)院學(xué)者曾在2015年提出一種3D打印玻璃的解決方案，但是該技術(shù)和傳統(tǒng)玻璃制造相重合，成本極高，卻又無法真正解決行業(yè)難題。市場(chǎng)亟需更多元化的玻璃3D打印技術(shù)。

“基于對(duì)激光和玻璃的認(rèn)知，我們認(rèn)為Nobula有能力給出更普適的玻璃3D打印解決方案。2020年我們團(tuán)隊(duì)終于研發(fā)出了DGLD（DirectGlassLaserDeposition）技術(shù)，并看到了其商用的潛力和價(jià)值?！盢obula公司首席執(zhí)行官、聯(lián)合創(chuàng)始人劉春昕博士表示。

Nobula公司源于瑞典皇家理工學(xué)院激光物理組的一個(gè)博士科研項(xiàng)目?；诩す馊廴诩夹g(shù)， 該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了桌面級(jí)玻璃3 D打印技術(shù)。

據(jù)了解，在打印的過程中，其團(tuán)隊(duì)用多個(gè)激光束對(duì)玻璃線材進(jìn)行融化和再凝固，進(jìn)而3D成型。打印流程實(shí)際上和塑料打印的FDM技術(shù)相似，不同之處在于DGLD技術(shù)能夠在400攝氏度～2000攝氏度的打印溫度上操作。

“這個(gè)溫度控制允許我們打印包括超高純度二氧化硅在內(nèi)的任何玻璃材料，甚至在將來可以預(yù)見用我們的系統(tǒng)打印金屬和聚合物?！眲⒋宏垦a(bǔ)充道。

目前，Nobula已經(jīng)對(duì)該3D打印技術(shù)申請(qǐng)了兩個(gè)國際專利，分別針對(duì)3D打印機(jī)和玻璃線材。

打印“玻璃背包”以追蹤候鳥

玻璃作為最常見的材料之一，在非常多的領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用，比如生物醫(yī)藥、航空航天、微流體、信息通訊等。而玻璃3D打印技術(shù)可極大降低復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的成本，縮短供應(yīng)鏈周期，降低材料損耗，減少生產(chǎn)過程的碳排放，從而衍生出更多的應(yīng)用可能。

“可以說，玻璃3D打印是一個(gè)目前近乎空白但應(yīng)用前景又橫跨多個(gè)下潛市場(chǎng)的領(lǐng)域?！眲⒋宏勘硎尽?/p>

目前，Nobula致力于玻璃打印，并將目光主要放在生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域， 但隨著其3D打印技術(shù)的不斷完善， 更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u得到開發(fā)。

一個(gè)意想不到的例子是一種玻璃容器：Nobula為瑞典隆德大學(xué)的研究人員特別定制了一個(gè)“鳥類背包”，可封裝電子設(shè)備，從而用來追蹤極地燕鷗。

據(jù)了解，這種極地燕鷗主要生活在南北極，是當(dāng)今世界上有記錄的遷徙時(shí)間最長的鳥類動(dòng)物，每年都會(huì)在南北極之間往返，旅程甚至長達(dá)上萬公里。

為了追蹤同時(shí)完整記錄極地燕鷗的遷徙過程，隆德大學(xué)的高級(jí)講師和鳥類專家約翰·貝克曼三年來一直在尋找一種耐用且輕便的材料。這樣做的目的是制作一個(gè)容器來放置跟蹤發(fā)射器。

而Nobula制作的“玻璃背包”恰好滿足了這個(gè)要求。其不僅具有極高的材料強(qiáng)度、超輕量化、可防水、承受高溫和低溫環(huán)境，而且內(nèi)部空間充足， 足夠容納發(fā)射器。最重要的是，該容器是透明的，這使其可以與光傳感器一同工作而不受限制。

隨后， 研究人員在背包中插入了一個(gè)重量不超過半克并且可以使用至少一年的電子芯片。通過這種方式，他們能夠在極地燕鷗的筑巢地點(diǎn)和冬季住所之間一路跟隨，共同開啟一段大約為9000公里的遷徙旅程。

Formnext創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽嶄露頭角

值得注意的是，盡管成立時(shí)間不長，但Nobula目前已是Formnext創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽中被提名為獲勝者的5家公司之一，吸引了較多關(guān)注。

Formnext創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽現(xiàn)已進(jìn)入第七個(gè)年頭，旨在表彰來自增材制造領(lǐng)域的年輕創(chuàng)新公司。除了新的、創(chuàng)造性的和可行的商業(yè)理念外，可持續(xù)性主題也發(fā)揮著重要作用。

與此同時(shí)，F(xiàn)ormnext也是全球最大的3D打印展會(huì)，吸引了全球頂尖的增材制造企業(yè)參與其中，是增材制造技術(shù)展示的首選平臺(tái)。據(jù)劉春昕介紹，Nobula作為優(yōu)勝者，將于11月中旬在其位于德國法蘭克福的展會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)展示玻璃打印技術(shù)。

“我們期待和來自世界各地的潛在客戶、投資人，以及未來的業(yè)務(wù)合作伙伴一起探索玻璃3D打印的未來應(yīng)用領(lǐng)域和潛能。而Formnext也有助于我們團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)最先進(jìn)的增材制造發(fā)展方向，把握行業(yè)最新的趨勢(shì)?！眲⒋宏空f道。

談及下一步規(guī)劃， 劉春昕表示將在2022年向全球市場(chǎng)推出自身的玻璃3D打印系統(tǒng)，并且尋求投資與業(yè)務(wù)合作伙伴。而中國市場(chǎng)正是Nobula重點(diǎn)關(guān)注的市場(chǎng)之一。

據(jù)悉，中國的增材制造雖然在起步階段落后于歐美，但中國卻是世界上主要增材制造市場(chǎng)中增速最快的。2020年市場(chǎng)規(guī)模是44億美元，預(yù)計(jì)在2027年將達(dá)到145億美元，從而一躍成為世界上最大的增材制造市場(chǎng)，接近全球市場(chǎng)的1/4。

另一方面，隨著市場(chǎng)對(duì)3D打印技術(shù)的認(rèn)可，下游市場(chǎng)比如航空航天、車輛制造、芯片電子等對(duì)3D打印技術(shù)的接受程度會(huì)進(jìn)一步增加，對(duì)于嘗試和開發(fā)新的3D打印技術(shù)的需求也會(huì)更加強(qiáng)烈。

這也意味著玻璃3D打印在中國有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景和潛力。

Nobula計(jì)劃從2023年起在國內(nèi)和瑞典同時(shí)建立兩條生產(chǎn)線，用以生產(chǎn)不同型號(hào)的玻璃3D打印機(jī)和打印線材，為中國和全球提供3D打印解決方案。