對于下一代光子學，傳感和成像技術，3D打印玻璃的功能對于開發(fā)高度復雜，自由形式或小規(guī)模的結構至關重要。然而，事實證明，很難對3D打印玻璃進行處理，玻璃的熔點超過1400°C，同時還保留了其獨特的化學，機械和光學特性。

最新的進展不僅成功的3D打印玻璃具有與商用玻璃相同的特性和形狀，而且還進一步開發(fā)了特定的3D打印技術來以前所未有的規(guī)模和復雜性來打印玻璃結構，并且具有可定制性光學性質。其中之一是OptoGlass3D，這是由Glassomer GmbH和Nanoscribe GmbH開發(fā)的新穎3D打印玻璃方法，由弗萊堡大學的Bastian Rapp教授和NeptunLab負責人領導。

圖片由NeptunLab KIT提供

OptoGlass3D項目獲得了ATTRACT的為期一年的100,000歐元資助，這是一項合作計劃，將歐洲的研究，行業(yè)和投資界聚集在一起，通過簡化突破性的創(chuàng)新并使用新的技術來開發(fā)下一代傳感和成像解決方案。 大規(guī)模開放創(chuàng)新模型。反過來，ATTRACT則由“歐盟地平線2020”計劃提供資金，迄今為止已向170個致力于突破性創(chuàng)新的項目提供了贈款。

2017年，卡爾斯魯厄技術學院（KIT）的研究人員開發(fā)了一種3D打印玻璃的立體光刻（SLA）方法，分辨率為幾十微米，甚至可能為150-500納米（僅為二氧化硅顆粒大小的十倍）。通過使用注入了玻璃納米粉墨的光固化聚合物作為材料，該方法可以在室溫下進行3D打印，并產生具有與商用熔融石英玻璃相當的光學，表面和組成特性的物體。他們的研究發(fā)表在《自然》雜志上，由Frederik Kotz和Bastian Rapp領導，他們于2018年成立了Glassomer GmbH，以生產和供應Glassomers，這是一種新型材料，也可以用于任何現(xiàn)成的SLA 3D打印機。作為“液體玻璃”方法來處理類似聚合物的3D打印熔融石英玻璃。

不久，該公司憑借其3D打印玻璃的創(chuàng)新贏得了Formnext 2019啟動挑戰(zhàn)賽等眾多獎項。這種液體玻璃材料是一種包含無定形二氧化硅材料的納米復合材料，可用于3D打印幾乎任何種類的玻璃物體（其性質與商用熔融石英玻璃完全相同），其特征分辨率為數十微米，表面粗糙度在幾微米之內納米。

Glassomer首席科學官Kotz解釋了這些進展的相關性：

通常情況下，這些都是使用聚合物完成的，但是聚合物缺乏透明度和耐高純玻璃所提供的耐極端溫度和化學藥品的能力。高不透明度對于光學數據處理以及對于高功率激光器也很重要，后者也需要耐熱材料。同時，各種工業(yè)和科學應用都需要能夠應對危險化學品的材料。人們一直想在這些應用中使用玻璃，但并非總是可能的，因為不可能以這些高分辨率進行成形。純玻璃（二氧化硅）在如此高的溫度下熔化，以至于很難為其形成堅固的模具，而低純度玻璃則缺乏所需的性能。這些工業(yè)用途還需要比其他玻璃成型方法更小的更復雜的結構。”

圖片由KIT和NeptunLab提供

該過程由兩個階段組成，其中首先對復合材料進行3D打印，然后分別在600°C和1300°C下加熱和燒結，以留下完全透明，均勻，無孔的玻璃物體。

圖片由KIT和NeptunLab提供，Glassomer，Nanoscribe

與Nanoscribe和Glassomer合作，OptoGlass3D項目將開發(fā)用于2PP技術的特定材料，然后將其商業(yè)化。如項目目標所述：“在該項目期間，財團將開發(fā)LiquidGlass配方，該配方可以通過Nanoscribe的2PP工藝以及所需的工藝條件，參數和（可能的）儀器適應性來構造。基于LiquidGlass工藝配方，將進行修改，以允許生成具有可調光學特性（例如折射率）的光學玻璃，這些光學玻璃將在1.46到1.50的范圍內可調。該技術能力的驗證將通過制造演示樣品來展示，這些演示樣品針對可調折射和高分辨率衍射光學器件的玻璃組件的潛力。”

玻璃3D打印的早期方法探索了在燒結系統(tǒng)中使用玻璃粉末的方法。這種情況不斷發(fā)展，2015年，以色列的Micron3DP宣布了其用于玻璃的基于高溫擠出的3D打印系統(tǒng)。然而，由于玻璃結構的孔隙率和均勻性問題，這些受到限制。由于當時缺乏足夠的市場，該公司停止了該產品的生產。

此后，麻省理工學院的研究人員在玻璃3D打印方面取得了進一步的進展，他們開發(fā)了基于擠壓的熔融玻璃打印機：G3DP和改進的G3DP2，用于工業(yè)生產。由于此3D打印玻璃的分辨率有限，因此不適用于需要高分辨率和精確微結構的高科技應用。然而，它確實允許制造只能使用3D打印制造的復雜，定制零件，并且這些零件可以應用于美學設計和建筑中，這些零件在2017年的米蘭設計周上展出。

2017年，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）開發(fā)了一種直接墨水書寫方法，可在室溫下印刷玻璃，從而可以實現(xiàn)具有更高光學均勻性的高分辨率零件。由此，可以調整玻璃的性質和組成，例如允許在單個平面光學器件中印刷折射率不同的玻璃。 2019年，加拿大拉瓦爾大學（Universite Laval）的研究人員在光學材料快訊（Optical Materials Express）中發(fā)表的研究表明，基于長絲的方法可以對具有復雜幾何形狀的3D打印硫屬化物玻璃進行研究，該方法在國防和安全，生物醫(yī)學，電信等領域的紅外傳感器和成像應用中具有廣闊的應用范圍和更多。諸如OptoGlass3D之類的此類進步為3D打印玻璃開辟了一系列新穎的應用和可能性，尤其是在下一代自由形式的光學器件，傳感器，成像和微流體設備中。

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