淺談3D打印透明玻璃技術(shù)
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【中玻網(wǎng)】玻璃是一種在多個(gè)領(lǐng)域具有重要作用的材料，不過(guò)傳統的玻璃加工技術(shù)無(wú)法制造具有特定亞微米結構的玻璃材料。3D打印技術(shù)有望用于定制具有高精度結構的玻璃制品。
在這篇文章中，作者使用兩步法制備具有亞微米3D結構的透明玻璃制品。首先，使用直寫(xiě)成型（DIW）3D打印技術(shù)構建具有特定結構的生坯。直寫(xiě)成型是一種通過(guò)程序控制噴嘴將剪切稀化的油墨逐層組裝的工藝，在這里油墨為膠體二氧化硅，這之中較重要的是控制墨水的屈服應力和剪切稀化性質(zhì)以使其適應所需玻璃的應用需求。之后，經(jīng)干燥和高溫燒結過(guò)程，形成致密、無(wú)定型、透明的玻璃材料。相比于直接使用熔融玻璃3D打印，這種方法避免在3D打印過(guò)程中使用高溫條件，并且由于打印絲較細、高溫燒結后結構收縮，因而能形成更加精細的結構。
圖1 3D打印玻璃的過(guò)程
具體來(lái)說(shuō)，作者將親水的氣相二氧化硅/四乙二醇二甲醚懸浮液作為3D打印油墨，其中氣相二氧化硅同時(shí)作為玻璃的二氧化硅源和觸變劑，四乙二醇二甲醚對氣相二氧化硅具有良好的分散性，另外其高沸點(diǎn)有助于精細控制干燥過(guò)程；此外油墨中加入羥基中止的聚二甲基硅氧烷（PDMS）以強化材料結構、提高干燥過(guò)程的抗裂性。
圖2 二氧化硅墨水的流變學(xué)特性
作者還調整優(yōu)化了干燥和高溫燒結過(guò)程。生坯經(jīng)100°C，110h干燥，這一低溫干燥條件有利于提高生坯強度、避免開(kāi)裂；之后經(jīng)600°C熱處理以燒掉所有農業(yè)生產(chǎn)體系殘留，若無(wú)此步驟則農業(yè)生產(chǎn)體系殘留會(huì )被束縛在玻璃中，從而降低玻璃質(zhì)量。較后，經(jīng)1500°C，3min的燒結過(guò)程，生坯變?yōu)槿旅?、透明的玻璃材料?/p>
圖3 熱處理工藝
作者展示了這種技術(shù)可以用來(lái)制備多種玻璃材料，包括塊體玻璃，亞微米支架結構，玻璃基微流控元件（初次制備得到），多組分玻璃結構等。作者指出，一些3D打印領(lǐng)域的新技術(shù)或可應用于這種3D打印玻璃技術(shù)，比如使用組分混合技術(shù)可得到具有梯度組分的玻璃材料，其具有可調的光學(xué)和機械性能。
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