辦公桌上的“玻璃工廠”，讓3D打印玻璃像打印塑料一樣簡(jiǎn)單

來(lái)源: DeepTech深科技

3D 打印正在塑造未來(lái)的制造業(yè) 。

隨著 3D 打印技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用邊界不斷拓展。據(jù)了解，2020 年全球銷售的 3D 打印機(jī)超過(guò) 200 萬(wàn)臺(tái)，種類囊括塑料、金屬，甚至陶瓷，萬(wàn)物似乎皆可打印。

然而，玻璃 3D 打印對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)卻一直都是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

近日，來(lái)自瑞典的初創(chuàng)公司 Nobula 提供了一種快速高精度的玻璃 3D 打印技術(shù)，該技術(shù)的普及將在很大程度上解決復(fù)雜玻璃結(jié)構(gòu)成本高昂的痛點(diǎn)，使 3D 打印玻璃像打印塑料一樣簡(jiǎn)單。

圖 | Nobula 玻璃 3D 打印機(jī)（來(lái)源：劉春昕）

辦公桌上的玻璃打印成為現(xiàn)實(shí)

玻璃是非常古老的材料，早在公元前 3500 年的埃及人類就開(kāi)始制造玻璃制品，中國(guó)也出土過(guò)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的透明玻璃杯。

由于其透明且穩(wěn)定的性能，玻璃的應(yīng)用極為普遍，醫(yī)療、光學(xué)、航空航天、固態(tài)電池、藝術(shù)品、珠寶等市場(chǎng)對(duì)復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的需求也在不斷增長(zhǎng)。但事實(shí)上，玻璃卻是一種非常難成型和加工的材料。

一方面，玻璃的熔點(diǎn)非常高，純二氧化硅玻璃的熔點(diǎn)甚至高達(dá) 2000℃，而且玻璃的脆性也導(dǎo)致物理加工極為困難。

另一方面，在玻璃制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)制法只能研制較大尺度、低精度、簡(jiǎn)單的玻璃結(jié)構(gòu)。任何高精度復(fù)雜的玻璃結(jié)構(gòu)制造成本都相當(dāng)昂貴。

麻省理工學(xué)院（MIT）學(xué)者曾在 2015 年提出一種 3D 打印玻璃的解決方案，但是該技術(shù)和傳統(tǒng)玻璃制造相重合，成本極高，卻又無(wú)法真正解決行業(yè)難題。市場(chǎng)亟需更多元化的玻璃 3D 打印技術(shù)。

“基于對(duì)激光和玻璃的認(rèn)知，我們認(rèn)為 Nobula 有能力給出更普適的玻璃 3D 打印解決方案。2020 年我們團(tuán)隊(duì)終于研發(fā)出了 DGLD（Direct Glass Laser Deposition）技術(shù)，并看到了其商用的潛力和價(jià)值�！盢obula 公司 CEO、聯(lián)合創(chuàng)始人劉春昕博士表示。

圖 | 劉春昕博士和團(tuán)隊(duì)成員（左）KTH 副教授 Michael Fokine，（右）博士生 Taras Oriekhov（來(lái)源：劉春昕）

Nobula 公司源于瑞典皇家理工學(xué)院（KTH Royal Institute of Technology，簡(jiǎn)稱KTH）激光物理組的一個(gè)博士科研項(xiàng)目�；�于激光熔融技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了桌面級(jí)玻璃 3D 打印技術(shù)。

據(jù)了解，在打印的過(guò)程中，其團(tuán)隊(duì)用多個(gè)激光束對(duì)玻璃線材進(jìn)行融化和再凝固，進(jìn)而 3D 成型。打印流程實(shí)際上和塑料打印的 FDM 技術(shù)相似，不同之處在于 DGLD 技術(shù)能夠在 400-2000℃ 的打印溫度上操作。

“這個(gè)溫度控制允許我們打印包括超高純度二氧化硅在內(nèi)的任何玻璃材料，甚至在將來(lái)可以預(yù)見(jiàn)用我們的系統(tǒng)打印金屬和聚合物�！眲⒋宏垦a(bǔ)充道。

目前，Nobula 已經(jīng)對(duì)該 3D 打印技術(shù)申請(qǐng)了兩個(gè)國(guó)際專利，分別針對(duì) 3D 打印機(jī)和玻璃線材。

打印 “玻璃背包” 以追蹤候鳥(niǎo)

玻璃作為 最常見(jiàn)的 材料之一，在非常多的領(lǐng)域都發(fā)揮著不可替代的作用，比如生物 醫(yī)藥、航空航天、微流體、信息通訊等。 而玻璃 3D 打印技術(shù)可極大降低復(fù)雜玻璃產(chǎn)品的成本，縮短供應(yīng)鏈周期，降低材料損耗，減少生產(chǎn)過(guò)程的碳排放，從而衍生出更多的應(yīng)用可能。

“可以說(shuō)，玻璃 3D 打印是一個(gè)目前近乎空白但應(yīng)用前景又橫跨多個(gè)下潛市場(chǎng)的領(lǐng)域�！眲⒋宏勘硎�。

目前，Nobula 致力于玻璃打印，并將目光主要放在生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域，但隨著其 3D 打印技術(shù)的不斷完善，更多的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u得到開(kāi)發(fā)。

圖 | 背面帶有 3D 打印玻璃容器的極地燕鷗，攝影: Patrick Olofsson（來(lái)源：劉春昕）

一個(gè)意想不到的例子是一種玻璃容器：Nobula 為瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的研究人員特別定制了一個(gè)“鳥(niǎo)類背包”，可封裝電子設(shè)備，從而用來(lái)追蹤極地燕鷗。

據(jù)了解，這種極地燕鷗主要生活在南北極，是當(dāng)今世界上有記錄的遷徙時(shí)間最長(zhǎng)的鳥(niǎo)類動(dòng)物，每年都會(huì)在南北極之間往返，旅程甚至長(zhǎng)達(dá)上萬(wàn)公里。

為了追蹤同時(shí)完整記錄極地燕鷗的遷徙過(guò)程，隆德大學(xué)的高級(jí)講師和鳥(niǎo)類專家約翰·貝克曼（Johan Bäckman）三年來(lái)一直在尋找一種耐用且輕便的材料。這樣做的目的是制作一個(gè)容器來(lái)放置跟蹤發(fā)射器。

而 Nobula 制作的 “玻璃背包” 恰好滿足了這個(gè)要求。其不僅具有極高的材料強(qiáng)度、超輕量化、可防水、承受高溫和低溫環(huán)境，而且內(nèi)部空間充足，足夠容納發(fā)射器。最重要的是，該容器是透明的，這使其可以與光傳感器一同工作而不受限制。

隨后，研究人員在 “背包” 中插入了一個(gè)重量不超過(guò)半克并且可以使用至少一年的電子芯片。通過(guò)這種方式，他們能夠在極地燕鷗的筑巢地點(diǎn)和冬季住所之間一路跟隨，共同開(kāi)啟一段大約為 9000 公里的遷徙旅程。

Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽嶄露頭角

值得注意的是，盡管成立時(shí)間不長(zhǎng)，但 Nobula 目前已是 Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽中被提名為獲勝者的五家公司之一，吸引了較多關(guān)注。

Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽現(xiàn)已進(jìn)入第七個(gè)年頭，旨在表彰來(lái)自增材制造領(lǐng)域的年輕創(chuàng)新公司。除了新的、創(chuàng)造性的和可行的商業(yè)理念外，可持續(xù)性主題也發(fā)揮著重要作用。

圖 | Nobula 獲得 Formnext 創(chuàng)業(yè)挑戰(zhàn)賽獎(jiǎng)杯（來(lái)源：劉春昕）

與此同時(shí)，F(xiàn)ormnext 也是全球最大的 3D 打印展會(huì)，吸引了全球頂尖的增材制造企業(yè)參與其中，是增材制造技術(shù)展示的首選平臺(tái)。據(jù)劉春昕介紹，Nobula 作為優(yōu)勝者，將于 11 月中旬在其位于德國(guó)法蘭克福的展會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)展示玻璃打印技術(shù)。

“我們期待和來(lái)自世界各地的潛在客戶、投資人，以及未來(lái)的業(yè)務(wù)合作伙伴一起探索玻璃 3D 打印的未來(lái)應(yīng)用領(lǐng)域和潛能。而 Formnext 也有助于我們團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)最先進(jìn)的增材制造發(fā)展方向，把握行業(yè)最新的趨勢(shì)�！眲⒋宏空f(shuō)道。

談及下一步規(guī)劃，劉春昕表示將在 2022 年向全球市場(chǎng)推出自身的玻璃 3D 打印系統(tǒng)，并且尋求投資與業(yè)務(wù)合作伙伴。而中國(guó)市場(chǎng)正是 Nobula 重點(diǎn)關(guān)注的市場(chǎng)之一。

據(jù)悉，中國(guó)的增材制造雖然在起步階段落后于歐美，但中國(guó)卻是世界上主要增材制造市場(chǎng)中增速最快的。2020 年市場(chǎng)規(guī)模是 44 億美元，預(yù)計(jì)在 2027 年將達(dá)到 145 億美元，從而一躍成為世界上最大的增材制造市場(chǎng)，接近全球市場(chǎng)的四分之一。

另一方面，隨著市場(chǎng)對(duì) 3D 打印技術(shù)的認(rèn)可，下游市場(chǎng)比如航空航天、車(chē)輛制造、芯片電子等對(duì) 3D 打印技術(shù)的接受程度會(huì)進(jìn)一步增加，對(duì)于嘗試和開(kāi)發(fā)新的 3D 打印技術(shù)的需求也會(huì)更加強(qiáng)烈。

圖 | 新型 3D 打印機(jī)打印的微鏡矩陣（來(lái)源：劉春昕）

這也意味著玻璃 3D 打印在中國(guó)有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景和潛力。

Nobula 計(jì)劃從 2023 年起在國(guó)內(nèi)和瑞典同時(shí)建立兩條生產(chǎn)線，用以生產(chǎn)不同型號(hào)的玻璃 3D 打印機(jī)和打印線材，為中國(guó)和全球提供 3D 打印解決方案。

此外，劉春昕表示，“從 2021 年起，F(xiàn)ormnext 在深圳成立了第一個(gè)歐洲以外的分會(huì)場(chǎng)，我們也期待借助這個(gè)平臺(tái)向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)推廣我們的技術(shù)�！�