Стеклянные 3D-объекты по-прежнему не больше игрового куба. Большие стеклянные объекты, такие как бутылки, стаканы или оконные стекла не могут быть созданы таким образом. Это также не было целью исследователей ETH Zurich для этой работы. Исследователи Дэвид Мур, Лоренцо Барбера и Кунал Масания из группы по сложным материалам профессора ETH Андре Стударта хотели представить подтверждение возможности использования процесса 3D-печати для изготовления стеклянных объектов сложной геометрии.
Стереолитография как основа
Основой их нового процесса является стереолитография, одна из первых технологий 3D-печати 1980-х годов. Исследователи ETH разработали для этого специальную смолу. Смола состоит из жидкого пластика и силоксана. Об этом сообщается в последнем номере журнала «Материалы природы».
Долгий путь к печатному стеклу
Нелегко производить стеклянные предметы, используя процесс 3D-печати. Только несколько исследовательских групп во всем мире пытались производить стекло, используя аддитивные процессы. Группа Mediated Matter, отдел машиностроения Массачусетского технологического института и Лаборатория стекла в Массачусетском технологическом институте совместно разработали печь, в которой экструдер, аналогичный таковому из процесса FDM, плавит нагретое стекло в один слой. Это имеет тот недостаток, что требуются очень высокие температуры и термостойкое оборудование. Другие использовали порошкообразные керамические частицы, которые могут быть напечатаны при комнатной температуре, а затем спечены в стекло. Однако сложность объектов, сделанных из него, до сих пор была довольно низкой.
Стеклянный предмет растет со светом
Смолу можно обрабатывать с помощью коммерчески доступного стереолитографического устройства. Шаблоны ультрафиолетового излучения излучаются на смолу. Смола затвердевает там, где свет попадает. Это происходит потому, что два компонента смолы полностью разделяются на открытых участках: пластиковые мономеры образуют лабиринтоподобную структуру полимера, молекулы силоксана заполняют пробелы в лабиринте.
Объект может быть построен слой за слоем. Исследователи могут изменять различные параметры для каждого слоя, такие как размер пор: слабая интенсивность света создает большие поры. Если излучение сильное, создаются маленькие поры. «Мы обнаружили это случайно, но мы можем использовать это, чтобы специально изменить размер пор в объектах», - говорит исследователь ETH Кунал Масания.
Подсказка для семинара
Семинар по 3D-печати в прямом цифровом производстве рассказывает о технологиях, пригодности и требованиях к 3D-печати и дает участникам обзор развития, возможностей и ограничений.
Изменить микроструктуру в слоях
Исследователи также могут изменять микроструктуру объекта в слоях. Они также добавляют борат или фосфат к смоле. Это позволяет изготавливать предметы из разных видов стекла.
Затем исследователи должны сжечь заготовку, изготовленную таким образом, при двух разных температурах: при 600 ° C, чтобы сжечь полимерную структуру, а затем при температуре около 1000 ° C, чтобы сжать объекты в стекло. Когда они горят, они значительно сокращаются, но становятся прозрачными и твердыми, как оконное стекло.
Однако новая технология - не уловка. Исследователи подали заявку на патент и в настоящее время ведут переговоры со швейцарским дилером по стеклу, который хочет использовать технологию в своей компании.