麻省理工学院MediatedMatterLab揭示玻璃3D打印技术的细节

一段时间以来，麻省理工学院的Mediated Matter Lab一直致力于开发一种能够打印由玻璃制成的3D结构的增材制造平台。由于工业革命中的新制造工艺的创新，玻璃在19世纪成为无处不在的材料，但在制造复杂的几何形状或定制形状方面，玻璃仍然是一种棘手的材料。在其研究中，Mediated Matter Lab已着手寻找解决这些挑战的方案。

“这是最古老的生产材料之一，玻璃涉及复杂的材料化学，需要极端的工作温度来应对与其设计和生产相关的持续挑战，”该研究报告说。“使用熔融玻璃的AM为生产高度复杂的几何形状和定制设计的物体提供了潜在的途径，同时保留了传统制造工艺所提供的光学透明度和化学稳定性。”

 由麻省理工学院开发的G3DP2平台包括一个由两部分组成的垂直组件：一个带有数字集成三区热控系统的固定式热模块和一个带有四轴运动控制系统的运动模块，这两个系统都能实现增材制造。在该设置中，加热系统中所需的热能与运动系统的机械负载分离，从而允许整个平台的更大耐久性。位于上部热运动模块和下部运动模块之间的接口处的打印头需要“材料选择的最高热性能和机械性能”。

此外，该技术凭借其高生产率，打印精度和一致性，实现了工业规模生产。麻省理工学院强调，这些功能以前在玻璃的3D打印中尚未获得。使用G3DP2平台从熔融玻璃打印的结构在525℃下进行热浸泡约5分钟。该步骤在打印阶段和退火阶段之间提供温度缓冲，这使得最终产品变得坚固。值得注意的是，打印机的构建室能够对打印件进行退火处理，但研究人员表示，外部退火炉可以增强并加速整体生产。

 除了更详细地介绍其G3DP2平台外，Mediated Matter研究团队还利用其研究突出其建筑规模的3D打印玻璃结构，以评估玻璃打印机在工业生产中的潜在能力。所讨论的结构是2017年为米兰设计周设计和打印的三米高的玻璃柱。

每个柱子由15个打印玻璃部件组成，经过结构优化，可作为独立的悬臂结构，沿其高度具有连续的横截面形态。连续的形态使得能够降低柱中任何局部点的应力集中。最终，这些结构展示了AM技术生产几何形状复杂，精确，坚固和透明的玻璃结构的能力。“这里展示的装置展示了这种AM技术在建筑规模上首次生产独立式玻璃结构的潜力。研究人员表示，这套3米高的玻璃柱体现了它们自身的结构完整性，这是由新制造平台的新颖性和能力所提供的。

 在应用方面，G3DP2技术有朝一日可用于生产建筑结构的玻璃管，同时作为供暖，通风和空调(HVAC)系统。

研究人员得出结论：“透明和空心截面玻璃管同时充当加热，通风和空调(HVAC)系统，在建筑规模上同时作为结构和脉管系统发挥作用，合成和生物介质通过这种系统循环和反应对入射的阳光和周围的温度，被动地调节建筑物，同时照亮内部空间。体现了建筑中玻璃概念的基本转变。”