美國開發出室溫下3D打印透明玻璃的方法
美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的科學家及其學術合作者已經展示了通過3D打印合成透明玻璃。這一發展可能最終導致改變激光器和其他包含光學元件器件的設計和結構。該合成過程在發表于《先進材料》的論文中有詳細介紹。
其他研究機構已經表明玻璃的3D印刷是可能的，然而先前的演示涉及通過加熱印刷頭擠出熔融玻璃絲，或者使用激光來選擇性地熔融和熔化玻璃粉末。LLNL的做法不依賴于印刷熔融玻璃，而是研制了由玻璃顆粒的濃縮懸浮液形成的定制油墨，其流動性高度可控，因此可以在室溫下印刷。然后將印刷的元件進行合理設計的熱處理，使其致密化并消除印刷過程的痕跡。最后，將處理后的元件進行光學質量拋光。研究人員表示，該方法提高了光學元件實現光學均勻性的可能性。
LLNL材料工程師杜阮毅先生說：“為了印刷高品質的光學元件，不應該看到任何毛孔和線條，它們必須是透明的。”在找到合適的材料組分之前，他們試驗了大量的材料混合物。 “當我們得到一個普通的配方，我們可以調整它，使材料可以在印刷過程中相融合。大多數其他印刷玻璃的方法是首先融化玻璃，然后冷卻下來，這可能會有殘余應力導致開裂，而我們在室溫下打印，不存在這個問題。”
LLNL的方法使用通過直接墨水書寫過程擠出二氧化硅顆粒的漿料。印刷出的產品不透明，但干燥和熱處理后變得透明。研究人員說，與使用熔融玻璃的3D打印不同，該方法在打印期間不需要高溫，從而可實現更高的分辨率。
Nguyen說：“拋光復雜的或非球面的鏡片是相當勞動密集型的，需要很多的技能，但拋光平面更容易。通過控制印刷組件的折射率，可以改變光線的彎曲度，從而使可以拋光的鏡面平坦化。”
研究人員說，他們不是替代傳統的光學器件，而是探索目前市場上不存在的化學成分梯度的新應用。設計新穎的光學元件替代現成的光學元件可以減小光學系統的尺寸，重量或成本。
研究人員說，該研究可以擴大光學工程師的設計空間，也可能產生光學器件之外的應用，包括具有復雜且先前無法獲得的玻璃微流體器件。由于具有光學透明性、耐化學腐蝕性、機械性能以及具有調整其表面化學性能和官能度的能力，玻璃是微流體學的一種珍貴材料。然而，玻璃難以加工和蝕刻以實現幾何形狀復雜的微流體裝置。玻璃的3D打印可能會改變這一現狀，研究團隊還展示了簡單的微流控網絡的3D打印。現在該研究團隊已經證明印刷透明玻璃是可能的，研究人員正在通過改變玻璃的組成，實現制作高品質光學和漸變折射率透鏡。下一個需要克服的障礙是漸變折射率（GRIN）光學元件，這將需要對過程進行更多的熟悉和控制。（工業和信息化部電子第一研究所 張慧）
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