Новый концертный зал Гамбурга был открыт в конце прошлого года для признания критиков со всего мира. Парящая структура имеет фасад около 2000 плоских и изогнутых стеклянных панелей, создавая впечатление волны, которая вот-вот сломается. Но проект опоздал на шесть лет и превысил бюджет на сотни миллионов евро, причем некоторые из них были излишними из-за древней, трудоемкой технологии формования, используемой для изгибания стеклянных панелей.
Связанный контент
- Предоставление морским пехотинцам инструментов для создания дронов на поле битвы
Но что, если бы стеклянные панели можно было просто напечатать на 3D-принтере?
До сих пор это было бы невозможно вообще. Наиболее часто используемыми материалами для 3D-печати являются полимеры, и существуют методы для печати металлов, керамики, бетона, лекарств и даже продуктов питания. Но стекло почти отсутствует в уравнении.
«Стекло является одним из старейших материалов, которые использовалось человечеством, и удивительно, что революция 3D-печати 21-го века до сих пор игнорировала стекло», - говорит Бастиан Рапп, исследователь из немецкого Технологического института в Карлсруэ.
Команда Раппа разработала новую технику для 3D-печати на стекле, которая может производить прочные и прозрачные стеклянные объекты. Техника использует традиционный метод 3D-печати, называемый стереолитография. В стереолитографии принтер строит объект слой за слоем, используя жидкость - традиционно полимер - которая затвердевает при прикосновении лазерным излучением. Команда Раппа выяснила, как это сделать, используя порошковое стекло, суспендированное в жидком полимере. Как только объект напечатан, он помещается в высокотемпературную печь, которая сгорает полимер и плавит частицы стекла, оставляя после себя только закаленное стекло.
Печатное стекло обладает высокой термостойкостью, как показано здесь, когда стекло из плавленого кварца подвергается воздействию пламени 800 градусов Цельсия. (NeptunLab / КИТ) Хотя метод Раппа не является первым примером стекла для 3D-печати - исследователи из Массачусетского технологического института разработали метод выдавливания расплавленного стекла два года назад, в то время как другие команды использовали низкотемпературные методы, которые производят слабый, мутный продукт, - он первый печатает прозрачное стекло при низких температурах. Это также первое, что использует обычные стандартные стереолитографические принтеры 3D, что означает, что его можно использовать без особого специального оборудования.
По словам Раппа, стекло обладает рядом уникальных свойств, которые делают его желательным в качестве материала для 3D-печати.
«Практически нет материала, который может подвергаться воздействию таких высоких температур, как стекло, - говорит он. «И практически нет химикатов, которые могут воздействовать на стекло, тогда как полимеры могут разрушаться под воздействием ультрафиолета и органических растворителей».
Команда напечатала этот трехмерный стеклянный крендель. (NeptunLab / КИТ) У стекла также есть прозрачность, непревзойденная другими материалами. Свет не проходит так хорошо даже через самые прозрачные пластмассы, поэтому дома имеют стеклянные окна, несмотря на их ломкость. По этой причине, по словам Раппа, высококачественные объективы всегда стеклянные, тогда как объективы смартфонов обычно пластиковые.
«Вот почему качество снимков, сделанных с помощью современного смартфона, по сравнению с камерой всегда ниже», - говорит Рапп.
По словам Раппа, новая техника может быть использована для печати практически чего угодно. Он может быть использован для крошечных, сложных объектов, таких как украшения, линзы или компьютерные детали, или для больших объектов, таких как окна. Единственной переменной является сам принтер.
Вот трехмерная структура ворот замка, напечатанная из кварцевого стекла. (NeptunLab / КИТ) Технология 3D-печати имеет преимущества по сравнению с непечатными методами изготовления небольших стеклянных моделей в том, что она не требует химического травления, в котором используется опасная плавиковая кислота, и что она может иметь закрытые полости и каналы, что невозможно в традиционном стекле -blowing. И это потенциально имеет преимущество в скорости перед непечатными методами производства стекла.
Для своего исследования команда Раппа использовала недорогой немодифицированный принтер того типа, который мог купить любой домашний энтузиаст.
«Это хорошо зарекомендовавшая себя технологическая платформа с точки зрения машин, и это признанный и хорошо известный материал», - говорит Рапп. «Единственное, что мы сделали, - это мост между ними».
Исследование команды было опубликовано в этом месяце в журнале Nature .
Рапп создал компанию для коммерциализации техники. Он надеется выпустить первый продукт на рынке к концу года.
