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，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打印對于制造業(yè)來說卻一直都是一個巨大的挑戰(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、珠寶等市場對復(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。市場亟需更多元化的玻璃3D打印技術(shù)。

“基于對激光和玻璃的認(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。”Nobula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博士科研項(xiàng)目。基于激光熔融技術(shù)， 該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了桌面級玻璃3 D打印技術(shù)。

據(jù)了解，在打印的過程中，其團(tuán)隊(duì)用多個激光束對玻璃線材進(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。”劉春昕補(bǔ)充道。

目前，Nobula已經(jīng)對該3D打印技術(shù)申請了兩個國際專利，分別針對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打印是一個目前近乎空白但應(yīng)用前景又橫跨多個下潛市場的領(lǐng)域。”劉春昕表示。

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“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)間最長的鳥類動物，每年都會在南北極之間往返，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，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。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上現(xiàn)場展示玻璃打印技術(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。”劉春昕說道。

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

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中增速最快的。2020年市場規(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，接近全球市場的1/4。

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