辦公桌上的“玻璃工廠”，讓3D打印玻璃像打印塑料一樣簡單

來源: DeepTech深科技

3D 打印正在塑造未來的制造業(yè) 。

隨著 3D 打印技術的逐漸成熟，其應用邊界不斷拓展。據(jù)了解，2020 年全球銷售的 3D 打印機超過 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 3D 打印技術，該技術的普及將在很大程度上解決復雜玻璃結構成本高昂的痛點，使 3D 打印玻璃像打印塑料一樣簡單。

圖 | Nobula 玻璃 3D 打印機（來源：劉春昕）

辦公桌上的玻璃打印成為現(xiàn)實

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)國時期的透明玻璃杯。

由于其透明且穩(wěn)定的性能，玻璃的應用極為普遍，醫(yī)療、光學、航空航天、固態(tài)電池、藝術品、珠寶等市場對復雜玻璃產(chǎn)品的需求也在不斷增長。但事實上，玻璃卻是一種非常難成型和加工的材料。

一方面，玻璃的熔點非常高，純二氧化硅玻璃的熔點甚至高達 2000℃，而且玻璃的脆性也導致物理加工極為困難。

另一方面，在玻璃制造領域，傳統(tǒng)制法只能研制較大尺度、低精度、簡單的玻璃結構。任何高精度復雜的玻璃結構制造成本都相當昂貴。

麻省理工學院（MIT）學者曾在 2015 年提出一種 3D 打印玻璃的解決方案，但是該技術和傳統(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。

“基于對激光和玻璃的認知，我們認為 Nobula 有能力給出更普適的玻璃 3D 打印解決方案。2020 年我們團隊終于研發(fā)出了 DGLD（Direct Glass Laser Deposition）技術，并看到了其商用的潛力和價值?！盢obula 公司 CEO、聯(lián)合創(chuàng)始人劉春昕博士表示。

圖 | 劉春昕博士和團隊成員（左）KTH 副教授 Michael Fokine，（右）博士生 Taras Oriekhov（來源：劉春昕）

Nobula 公司源于瑞典皇家理工學院（KTH Royal Institute of Technology，簡稱KTH）激光物理組的一個博士科研項目?；诩す馊廴诩夹g，該團隊開發(fā)了桌面級玻璃 3D 打印技術。

據(jù)了解，在打印的過程中，其團隊用多個激光束對玻璃線材進行融化和再凝固，進而 3D 成型。打印流程實際上和塑料打印的 FDM 技術相似，不同之處在于 DGLD 技術能夠在 400-2000℃ 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的任何玻璃材料，甚至在將來可以預見用我們的系統(tǒng)打印金屬和聚合物?！眲⒋宏垦a充道。

目前，Nobula 已經(jīng)對該 3D 打印技術申請了兩個國際專利，分別針對 3D 打印機和玻璃線材。

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 打印技術可極大降低復雜玻璃產(chǎn)品的成本，縮短供應鏈周期，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用可能。

“可以說，玻璃 3D 打印是一個目前近乎空白但應用前景又橫跨多個下潛市場的領域?！眲⒋宏勘硎?。

目前，Nobula 致力于玻璃打印，并將目光主要放在生物醫(yī)學和光學領域，但隨著其 3D 打印技術的不斷完善，更多的應用領域將逐漸得到開發(fā)。

圖 | 背面帶有 3D 打印玻璃容器的極地燕鷗，攝影: Patrick Olofsson（來源：劉春昕）

一個意想不到的例子是一種玻璃容器：Nobula 為瑞典隆德大學（Lund University）的研究人員特別定制了一個“鳥類背包”，可封裝電子設備，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，是當今世界上有記錄的遷徙時間最長的鳥類動物，每年都會在南北極之間往返，旅程甚至長達上萬公里。

為了追蹤同時完整記錄極地燕鷗的遷徙過程，隆德大學的高級講師和鳥類專家約翰·貝克曼（Johan Bäckman）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度、超輕量化、可防水、承受高溫和低溫環(huán)境，而且內部空間充足，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五家公司之一，吸引了較多關注。

Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽現(xiàn)已進入第七個年頭，旨在表彰來自增材制造領域的年輕創(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。

圖 | Nobula 獲得 Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽獎杯（來源：劉春昕）

與此同時，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。

“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)務合作伙伴一起探索玻璃 3D 打印的未來應用領域和潛能。而 Formnext 也有助于我們團隊學習最先進的增材制造發(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)務合作伙伴。而中國市場正是 Nobula 重點關注的市場之一。

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，預計在 2027 年將達到 145 億美元，從而一躍成為世界上最大的增材制造市場，接近全球市場的四分之一。

另一方面，隨著市場對 3D 打印技術的認可，下游市場比如航空航天、車輛制造、芯片電子等對 3D 打印技術的接受程度會進一步增加，對于嘗試和開發(fā)新的 3D 打印技術的需求也會更加強烈。

圖 | 新型 3D 打印機打印的微鏡矩陣（來源：劉春昕）

這也意味著玻璃 3D 打印在中國有著廣闊的應用場景和潛力。

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

此外，劉春昕表示，“從 2021 年起，F(xiàn)ormnext 在深圳成立了第一個歐洲以外的分會場，我們也期待借助這個平臺向國內市場推廣我們的技術。”