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德国卡尔斯鲁厄理工学院科学家将3D打印复杂形状玻璃变成可能

2017-04-25 166浏览 标签: 3D打印玻璃

2017420德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)通过官网发布消息称,一组该校的科学家团队3D打印复杂形状玻璃变成可能。

长期以来,熔融玻璃都以其优异的光学特性著称,但其加工和成型过程仍需要用到高温工艺和有害化学材料,为了简化此类工艺,一组KIT跨学科研究团队(项目带头人Bastian E. Rapp博士,团队成员包括化学家、电气工程师和生物学家)将高纯度二氧化硅(石英玻璃)纳米复合材料通过模塑成型为复杂形状,然后光固化为光学剥离结构,在最新的研究中,他们调整了纳米复合结构的性质,以方便在3D打印机中应用,3D打印后再进行脱模和烧结后处理,最终能够在宏观和微观尺度上构建高度透明、耐温和耐化学腐蚀的复杂形状玻璃结构。

3D打印特别适合于制备小批量的,传统制造技术难以胜任的复杂结构物体。迄今为止,3D打印的各种技术更加适用于高分子或金属材料。玻璃虽然是人类使用的最古老材料之一,但在3D打印方面,同高分子和金属材料相比,玻璃由于需要上千度的高温才能实现流动,因此玻璃的3D打印颇具挑战性。此前,对于3D打印玻璃的探索效果不佳,通常成品表面非常粗糙,材料是多孔的并且含有空隙。

Bastian E. Rapp博士说,我们正在推出一种新方法,这意味着材料加工的创新,成品的材料是具有相应化学和物理性质的高纯度石英玻璃。KIT科学家生产的玻璃结构具有几微米的分辨率,Rapp同时强调了该玻璃结构的尺寸可以在几厘米的范围内。

3D打印玻璃的应用价值前景广阔。机械工程师解释说:光子计算机作为下一代计算机技术,需要复杂的处理器结构。而3D打印玻璃技术可以开发微型且结构复杂的光学元件。而对于生物和医疗领域的小分析系统来说,3D打印玻璃可以制造微型玻璃管。此外,由3D打印玻璃制成的微结构还可以用于特殊要求的眼镜,以及笔记本电脑相机的镜头等广泛应用。

据悉,相关研究成果将在今年的德国汉诺威工业博览会(424日至428日 ,KIT展位,B16号馆)上公开展示。研究成果论文已发表至419日的Nature杂志,论文题目为“Three-dimensional printing of transparent fused silica glass”,作者包括Frederik Kotz, Karl Arnold, Werner Bauer, Dieter Schild, Nico Keller, Kai Sachsenheimer, Tobias M. Nargang, Christiane Richter, Dorothea Helmer以及 Bastian E. Rapp。该研究是推动“NanoMatFutur”计划的成果之一,该计划受德国联邦教研部(BMBF)为工业和社会发展创新材料战略支持。由Rapp领导的研究小组自2014年以来一直由BMBF资助,项目周期四年,资助金额约280万欧元。

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