UpNano和Glassomer联手开发高分辨率熔融石英玻璃部件

2024年7月24日，南极熊获悉，高分辨率微尺度3D打印公司UpNano GmbH和德国玻璃制造专家Glassomer GmbH共同开发了一种新的材料和3D打印工艺，可以利用熔融石英（SiO₂）玻璃制造高分辨率的小型部件。这种创新方法将Glassomer在玻璃制造领域深厚的专业知识与UpNano基于双光子聚合（2PP）的NanoOne解决方案结合起来。

△UpQuartz纳米复合材料能够生产具有微尺度特征的小尺度结构

3D打印玻璃，尤其是熔融石英玻璃，由于其极高的熔点（约1700°C），面临着多重挑战。到目前为止，这种材料的增材制造主要依赖于非商业化系统，无法实现高分辨率或高质量表面的要求。然而，现在的情况有了显著的改善。UpNano和Glassomer联合设计了一种基于2PP的3D打印工艺，能够生产毫米到厘米尺度的小型熔融石英零件，具有光滑的表面和微米级的特征。

△内径为126µm的熔融石英套管用于安装和连接裸光纤玻璃

2PP 3D打印技术与UpQuartz材料的应用

该工艺本身基于三个步骤。UpNano材料与应用团队负责人Markus Lunzer解释道：“第一步是利用2PP 3D打印提供的所有优势，设计和打印所需的结构。第二步是去除有机粘合剂材料，然后进行高温烧结工艺。第三步的核心是新开发的纳米复合材料UpQuartz。”

UpQuartz是一种纳米复合材料，由悬浮在特殊聚合物基质中的SiO2纳米颗粒组成，适用于2PP工艺。复合树脂在3D打印机中逐层光聚合，形成生坯部件，需进行烧结。在这一步骤中，通过在600°C下烧结生坯部件来去除聚合物基质。随后，石英玻璃颗粒必须熔合以形成密实的最终部件。这一步骤需要在约1300°C的高温下进行烧结。从生坯部件到成品熔融石英玻璃组件，各向同性收缩约为30%，在设计阶段应予以考虑。

△熔融石英滤芯，孔径180µm。过滤器长3.6mm，内径为875µm

生产高分辨率熔融石英玻璃部件的能力可以开拓医疗、研究、工程和化学等领域的应用。该材料具有出色的光学性能、耐高温性、耐化学性和生物相容性，而UpNano的2PP 3D打印技术增加了生产具有微米级特征的复杂3D打印结构的能力。Lunzer补充道：“我们开发的这种创新生产工艺非常适合需要高分辨率和高精度的大型3D打印玻璃部件”

△Glassomer与Lithoz合作开发的复合浆料

Glassomer一直在探索和调整熔融石英玻璃的其他生产方法，包括软光刻、注塑成型和其它类型的3D打印。2023年，Glassomer与Lithoz合作开发并发布了LithaGlass，这是一种基于石英的复合浆料，适用于Lithoz基于光刻的陶瓷3D打印技术，它的性能与熔融石英玻璃相似。现在，借助联合开发的UpQuartz材料，2PP成为熔融石英玻璃的可行生产选择，具有高分辨率和高精度等优势。