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麻省理工學院研究人員破解玻璃3D打印難題—新技術可在低溫下打印無機復合玻璃

時間:2025-06-20 09:28 來源:南極熊 作者:admin 閱讀:

      2025年6月19日,麻省理工學院林肯實驗室宣稱,研究人員已開發出一種新型低溫3D玻璃打印技術,有望顯著拓展玻璃基器件在微流控、光學及高溫電子等專業領域的應用前景。這種新技術無需傳統高溫處理,極大簡化了工藝流程,提升了材料兼容性及制造靈活性。
 


破解玻璃3D打印難題
       與傳統方法不同,后者需要極高的溫度來熔化玻璃并進行定型,同時還需要對最終產品進行退火處理以消除內部應力。相比之下,新技術不僅能夠降低生產過程中的溫度要求,還能打印出傳統制造方法無法實現的復雜玻璃結構。

 

△玻璃3D打印工藝的流程

       此次技術突破的核心在于精確的直接墨水書寫(DIW)工藝,配合定制化多材料墨水配方。與傳統3D打印常用的塑料或金屬材料相比,林肯實驗室采用無機復合玻璃,實現了優異的結構、化學及熱穩定性。尤為重要的是,該方法無需超過1000°C的高溫燒結,而是在僅250°C的礦物油浴中完成固化,大幅降低了能耗和設備要求。這種新型墨水由常見無機材料(如硅酸鹽溶液、金屬氧化物及功能陶瓷納米顆粒)制成,形成可控流變性的懸浮液。通過直接墨水書寫技術,研究人員能夠在室溫下實現高精度結構打印。成型后,打印件經過短時低溫油浴固化,隨后以有機溶劑清洗,最終獲得堅固的全無機二氧化硅結構。
 

△定制油墨概述:通過硅酸鹽油墨與二氧化硅顆粒在室溫下的反應,可以形成一種堅硬的硅酸鹽/二氧化硅玻璃復合材料


新技術可在低溫下打印無機復合玻璃
       測試結果顯示,這種工藝打印的玻璃組件具有極低的收縮率、出色的幾何保真度和良好的熱穩定性。即使在高溫環境下,打印件仍能保持完整性及銳利的結構特征,滿足自由曲面光學元件、緊湊型微流控芯片及高溫電子絕緣基板等高端應用需求。除了幾何形狀之外,新的墨水配方具備高度可定制性。由于該墨水是基于復合材料的,林肯實驗室的研究人員可以根據特定的光學、電氣或化學要求進行定制。這種靈活性為設計新型玻璃基組件打開了大門,這些組件的功能超越了單純的結構。目前,研究人員正在開展研究,以提高光學清晰度、減少散射,并在玻璃基質中引入導電或半導體通路。
     值得一提的是,所用原材料均為常規易得的無機前驅體,且無需昂貴的高溫窯爐,顯著降低了制造成本和技術門檻。這種創新方法不僅消除了3D打印玻璃在小批量、定制化領域的應用障礙,而且為將玻璃3D打印技術引入主流制造流程打下了基礎。

(責任編輯:admin)

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