办公桌上的“玻璃工厂”，让3D打印玻璃像打印塑料一样简单
时间:2021-11-10 08:36 来源:DeepTech深科技 作者:admin 点击:次
| 3D 打印正在塑造未来的制造业 。 随着 3D 打印技术的逐渐成熟，其应用边界不断拓展。据了解，2020 年全球销售的 3D 打印机超过 200 万台，种类囊括塑料、金属，甚至陶瓷，万物似乎皆可打印。然而，玻璃 3D 打印对于制造业来说却一直都是一个巨大的挑战。近日，来自瑞典的初创公司 Nobula 提供了一种快速高精度的玻璃 3D 打印技术，该技术的普及将在很大程度上解决复杂玻璃结构成本高昂的痛点，使 3D 打印玻璃像打印塑料一样简单。 
图 | Nobula 玻璃 3D 打印机（来源：刘春昕）
办公桌上的玻璃打印成为现实 玻璃是非常古老的材料，早在公元前 3500 年的埃及人类就开始制造玻璃制品，中国也出土过战国时期的透明玻璃杯。由于其透明且稳定的性能，玻璃的应用极为普遍，医疗、光学、航空航天、固态电池、艺术品、珠宝等市场对复杂玻璃产品的需求也在不断增长。但事实上，玻璃却是一种非常难成型和加工的材料。一方面，玻璃的熔点非常高，纯二氧化硅玻璃的熔点甚至高达 2000℃，而且玻璃的脆性也导致物理加工极为困难。 另一方面，在玻璃制造领域，传统制法只能研制较大尺度、低精度、简单的玻璃结构。任何高精度复杂的玻璃结构制造成本都相当昂贵。麻省理工学院（MIT）学者曾在 2015 年提出一种 3D 打印玻璃的解决方案，但是该技术和传统玻璃制造相重合，成本极高，却又无法真正解决行业难题。市场亟需更多元化的玻璃 3D 打印技术。“基于对激光和玻璃的认知，我们认为 Nobula 有能力给出更普适的玻璃 3D 打印解决方案。2020 年我们团队终于研发出了 DGLD（Direct Glass Laser Deposition）技术，并看到了其商用的潜力和价值。”Nobula 公司 CEO、联合创始人刘春昕博士表示。 
图 | 刘春昕博士和团队成员（左）KTH 副教授 Michael Fokine，（右）博士生 Taras Oriekhov（来源：刘春昕）
Nobula 公司源于瑞典皇家理工学院（KTH Royal Institute of Technology，简称KTH）激光物理组的一个博士科研项目。基于激光熔融技术，该团队开发了桌面级玻璃 3D 打印技术。据了解，在打印的过程中，其团队用多个激光束对玻璃线材进行融化和再凝固，进而 3D 成型。打印流程实际上和塑料打印的 FDM 技术相似，不同之处在于 DGLD 技术能够在 400-2000℃ 的打印温度上操作。“这个温度控制允许我们打印包括超高纯度二氧化硅在内的任何玻璃材料，甚至在将来可以预见用我们的系统打印金属和聚合物。”刘春昕补充道。目前，Nobula 已经对该 3D 打印技术申请了两个国际专利，分别针对 3D 打印机和玻璃线材。 打印 “玻璃背包” 以追踪候鸟 玻璃作为 最常见的 材料之一，在非常多的领域都发挥着不可替代的作用，比如生物 医药、航空航天、微流体、信息通讯等。 而玻璃 3D 打印技术可极大降低复杂玻璃产品的成本，缩短供应链周期，降低材料损耗，减少生产过程的碳排放，从而衍生出更多的应用可能。“可以说，玻璃 3D 打印是一个目前近乎空白但应用前景又横跨多个下潜市场的领域。”刘春昕表示。目前，Nobula 致力于玻璃打印，并将目光主要放在生物医学和光学领域，但随着其 3D 打印技术的不断完善，更多的应用领域将逐渐得到开发。 
图 | 背面带有 3D 打印玻璃容器的极地燕鸥，摄影: Patrick Olofsson（来源：刘春昕）
一个意想不到的例子是一种玻璃容器：Nobula 为瑞典隆德大学（Lund University）的研究人员特别定制了一个“鸟类背包”，可封装电子设备，从而用来追踪极地燕鸥。据了解，这种极地燕鸥主要生活在南北极，是当今世界上有记录的迁徙时间最长的鸟类动物，每年都会在南北极之间往返，旅程甚至长达上万公里。为了追踪同时完整记录极地燕鸥的迁徙过程，隆德大学的高级讲师和鸟类专家约翰·贝克曼（Johan Bäckman）三年来一直在寻找一种耐用且轻便的材料。这样做的目的是制作一个容器来放置跟踪发射器。而 Nobula 制作的 “玻璃背包” 恰好满足了这个要求。其不仅具有极高的材料强度、超轻量化、可防水、承受高温和低温环境，而且内部空间充足，足够容纳发射器。最重要的是，该容器是透明的，这使其可以与光传感器一同工作而不受限制。 
随后，研究人员在 “背包” 中插入了一个重量不超过半克并且可以使用至少一年的电子芯片。通过这种方式，他们能够在极地燕鸥的筑巢地点和冬季住所之间一路跟随，共同开启一段大约为 9000 公里的迁徙旅程。 Formnext 创业挑战赛崭露头角 值得注意的是，尽管成立时间不长，但 Nobula 目前已是 Formnext 创业挑战赛中被提名为获胜者的五家公司之一，吸引了较多关注。 Formnext 创业挑战赛现已进入第七个年头，旨在表彰来自增材制造领域的年轻创新公司。除了新的、创造性的和可行的商业理念外，可持续性主题也发挥着重要作用。 
图 | Nobula 获得 Formnext 创业挑战赛奖杯（来源：刘春昕）
与此同时，Formnext 也是全球最大的 3D 打印展会，吸引了全球顶尖的增材制造企业参与其中，是增材制造技术展示的首选平台。据刘春昕介绍，Nobula 作为优胜者，将于 11 月中旬在其位于德国法兰克福的展会上现场展示玻璃打印技术。 “我们期待和来自世界各地的潜在客户、投资人，以及未来的业务合作伙伴一起探索玻璃 3D 打印的未来应用领域和潜能。而 Formnext 也有助于我们团队学习最先进的增材制造发展方向，把握行业最新的趋势。”刘春昕说道。 谈及下一步规划，刘春昕表示将在 2022 年向全球市场推出自身的玻璃 3D 打印系统，并且寻求投资与业务合作伙伴。而中国市场正是 Nobula 重点关注的市场之一。 据悉，中国的增材制造虽然在起步阶段落后于欧美，但中国却是世界上主要增材制造市场中增速最快的。2020 年市场规模是 44 亿美元，预计在 2027 年将达到 145 亿美元，从而一跃成为世界上最大的增材制造市场，接近全球市场的四分之一。 另一方面，随着市场对 3D 打印技术的认可，下游市场比如航空航天、车辆制造、芯片电子等对 3D 打印技术的接受程度会进一步增加，对于尝试和开发新的 3D 打印技术的需求也会更加强烈。 
图 | 新型 3D 打印机打印的微镜矩阵（来源：刘春昕）
这也意味着玻璃 3D 打印在中国有着广阔的应用场景和潜力。 Nobula 计划从 2023 年起在国内和瑞典同时建立两条生产线，用以生产不同型号的玻璃 3D 打印机和打印线材，为中国和全球提供 3D 打印解决方案。 此外，刘春昕表示，“从 2021 年起，Formnext 在深圳成立了第一个欧洲以外的分会场，我们也期待借助这个平台向国内市场推广我们的技术。” (责任编辑：admin) |