使用再生玻璃进行体积 3D 打印，T3DP 开发半导体和太阳能电池生产新技术

2023年10月10日，南极熊获悉，总部位于加利福尼亚州的 3D 打印技术公司T3DP开发了一种新型 3D 打印材料，该原料是由回收玻璃废料和Tethon 3D 的 Genesis 开发树脂的混合制备而成。这项创新使得体积 3D 打印技术能够应用到微型 3D 太阳能电池和半导体的生产。

T3DP 创始人 DanielClarke 解释道：“基于我们的工艺，我们可以使用具有超光滑表面的 UV 固化聚合物树脂打印大型模具，在室温下铸造金属，然后烧结去除粘合剂树脂，从而留下具有 RA 表面的超光滑金属和其他材料。在某些情况下，光洁度为 1 µm 及以下。”

T3DP 的新技术受到马里兰大学研究人员开发的“超快高温烧结” (UHS) 的启发，据报道该技术可将烧结时间缩短至 10 秒以下。

△使用 T3DP 技术制造的组件。 照片来自 T3DP

可持续半导体和太阳能电池生产

T3DP 新技术的核心是将玻璃废料与Tethon 3D 的树脂混合，创造出一种具有卓越性能的新型材料。据 T3DP 称，这种组合可实现下一代体积 3D 打印和光聚合物成型。这使得微型 3D 太阳能电池/模块和先进半导体玻璃基板的生产成为可能，其中微芯片和存储器可以放置在玻璃上。  

用于半导体应用的传统 3D 打印技术通常依赖于耗时耗力的流程。据称，T3DP 的新方法可以正面应对这些挑战，提供可持续的替代方案，提高制品性能并减少制造过程的碳足迹。

Clarke 评论道：“这项创新不仅能够彻底改变 3D 打印行业，而且能够彻底改变整个材料研究。T3DP 将回收玻璃和树脂融合在一起，是迈向可持续、高性能制造的非凡一步。”

体积3D打印和高速烧结

在制造过程中，T3DP 利用线性体积3D 打印来生产超光滑模具的小部分，然后将其缝合在一起以制成更大的模具。在这里，回收的玻璃废料与 Tethon的 Genesis 开发的树脂混合，然后将玻璃模制成聚合物。

Clarke 表示，体积 3D 打印过程可能需要几秒到几分钟才能完成，对于 6 英寸 x 6 英寸的大面积基材，成型过程需要 10 到 20 秒。  

然后使用马里兰大学的 UHS 技术对体积 3D 打印的“生坯部件”进行烧结。这种新颖的烧结工艺结合了辐射热和接触热，可实现材料快速均匀加热高达 3000℃。据报道，烧结在 10 秒内完成，比传统炉烧结快 1000 倍以上。马里兰大学的子公司HighT-Tech正在将这种高速烧结技术商业化。

△烧结过程。照片来自 T3DP

优化半导体和太阳能电池生产

在使用这项新技术制造半导体时，T3DP 使用熔融石英来制造 3D 玻璃中介层。这绕过了传统电子 3D 打印工艺的需要，包括直接写入、蚀刻和光刻。

Clarke解释道：“这些是复杂的微观结构。我们绕过光刻（互连线的直接写入）和反应离子蚀刻，只需将 3D 太阳能和半导体玻璃基板的整个结构模制成一体。”

Clarke 表示，这一过程使计算能力提高了 8 倍以上，更多的芯片和内存能够塞进更小的占地面积，从而节省 50% 的能源。Clarke 补充说，T3DP 拥有一种特殊的专有混合物，可以使玻璃的强度提高 10 倍，并且不易破裂。 此外，T3DP 的新技术据说可以优化微型 3D 电池/模块的生产。  

据说这些组件可提供全年可靠性，并且包括能够在上午 7 点至晚上 7 点捕获更多阳光的 3D 表面。此外，Clarke 声称，T3DP 3D 打印太阳能电池/模块在相同的地面面积上可提供 15-100% 的能源，同时在炎热地区可将电力提高 39%。Clarke还表示，微型3D太阳能电池基板无法通过传统的玻璃制造方法来制造。  

△T3DP 设计的较大太阳能电池板的六边形部分。 图片来自 T3DP

T3DP技术的未来

Clarke 表示，这项新技术对 3D打印行业具有巨大潜力。Clarke解释道：“我们的成型与材料无关。目前我们只能生产陶瓷和玻璃。Bucktown Polymers正在开发一种新型铸造树脂，这将使我们的工艺材料能够与几乎任何材料配合使用，因为它是化学固化 3D 打印树脂而不是光固化树脂。”

Clarke 还强调了 T3DP 的新工艺相对于电动汽车制造商Tesla的优势，后者使用大型砂模来进行千兆铸造汽车底盘。在商业化方面，Clarke声称T3DP处于7级技术准备状态。换句话说，该公司回收的玻璃废料和Tethon树脂的原型已在操作环境中成功演示。

展望未来，Clarke 对快速进入市场充满信心：“我们有望在不到 12 个月的时间内将模具商业化。体积 3D 打印机开发商Xolo正在欧洲将T3DP 的体积 3D 打印技术商业化，但一旦在美国销售，就必须获得 IP（知识产权）许可。”

此外，Clarke 表示，生产 3D 太阳能组件的工艺应该会在 18 个月内，甚至更快实现商业化。

玻璃3D打印

基于玻璃的 3D 打印并不是什么新鲜事。今年早些时候，奥地利陶瓷 3D 打印公司Lithoz宣布与玻璃制造商Glassomer合作推出高性能熔融石英玻璃 LithaGlass 。该材料针对 Lithoz 基于光刻的陶瓷制造 (LCM) 技术进行了优化。该公司声称，这种以石英玻璃为基底的复合浆料将对陶瓷3D打印领域产生重大影响。   

在其他地方，美国国防部支持的麻省理工学院林肯实验室的研究人员去年开发了一种低温方法来3D 打印玻璃物体。与传统的玻璃 3D 打印和后处理不同，传统的玻璃 3D 打印和后处理需要将部件暴露在 1,000℃ 或更高的温度下，而该工艺需要分层定制的高填充墨水，可在 250℃ 下固化。

△麻省理工学院科学家的低温玻璃 3D 打印工作流程。图片来自麻省理工学院林肯实验室。

研究人员在论文中解释说：“我们设想这种多功能材料平台与多材料增材制造相结合，将能够制造各种坚固的微系统。”