淺談3D打印透明玻璃技術(shù)

2017-05-03 來(lái)源：玻璃工業(yè)網(wǎng)

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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(tǒng)的玻璃加工技術(shù)無(wú)法制造具有特定亞微米結(jié)構(gòu)的玻璃材料。3D打印技術(shù)有望用于定制具有高精度結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的透明玻璃制品。首先，使用直寫成型（DIW）3D打印技術(shù)構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)的生坯。直寫成型是一種通過(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(yīng)力和剪切稀化性質(zhì)以使其適應(yīng)所需玻璃的應(yīng)用需求。之后，經(jīng)干燥和高溫?zé)Y(jié)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(xì)、高溫?zé)Y(jié)后結(jié)構(gòu)收縮，因而能形成更加精細(xì)的結(jié)構(gòu)。

　　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(duì)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(xì)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(qiáng)化材料結(jié)構(gòu)、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(diào)整優(yōu)化了干燥和高溫?zé)Y(jié)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(qiáng)度、避免開裂；之后經(jīng)600°C熱處理以燒掉所有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系殘留，若無(wú)此步驟則農(nóng)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(jié)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(jié)構(gòu)，玻璃基微流控元件（初次制備得到），多組分玻璃結(jié)構(gòu)等。作者指出，一些3D打印領(lǐng)域的新技術(shù)或可應(yīng)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(diào)的光學(xué)和機(jī)械性能。

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