麻省理工学院研究人员破解玻璃3D打印难题——新技术可在低温下打印无机复合玻璃

2025年6月19日，南极熊获悉，麻省理工学院林肯实验室宣称，研究人员已开发出一种新型低温3D玻璃打印技术，有望显著拓展玻璃基器件在微流控、光学及高温电子等专业领域的应用前景。这种新技术无需传统高温处理，极大简化了工艺流程，提升了材料兼容性及制造灵活性。

破解玻璃3D打印难题

与传统方法不同，后者需要极高的温度来熔化玻璃并进行定型，同时还需要对最终产品进行退火处理以消除内部应力。相比之下，新技术不仅能够降低生产过程中的温度要求，还能打印出传统制造方法无法实现的复杂玻璃结构。

△玻璃3D打印工艺的流程

此次技术突破的核心在于精确的直接墨水书写（DIW）工艺，配合定制化多材料墨水配方。与传统3D打印常用的塑料或金属材料相比，林肯实验室采用无机复合玻璃，实现了优异的结构、化学及热稳定性。尤为重要的是，该方法无需超过1000°C的高温烧结，而是在仅250°C的矿物油浴中完成固化，大幅降低了能耗和设备要求。

这种新型墨水由常见无机材料（如硅酸盐溶液、金属氧化物及功能陶瓷纳米颗粒）制成，形成可控流变性的悬浮液。通过直接墨水书写技术，研究人员能够在室温下实现高精度结构打印。成型后，打印件经过短时低温油浴固化，随后以有机溶剂清洗，最终获得坚固的全无机二氧化硅结构。

△定制油墨概述：通过硅酸盐油墨与二氧化硅颗粒在室温下的反应，可以形成一种坚硬的硅酸盐/二氧化硅玻璃复合材料

新技术可在低温下打印无机复合玻璃

测试结果显示，这种工艺打印的玻璃组件具有极低的收缩率、出色的几何保真度和良好的热稳定性。即使在高温环境下，打印件仍能保持完整性及锐利的结构特征，满足自由曲面光学元件、紧凑型微流控芯片及高温电子绝缘基板等高端应用需求。

除了几何形状之外，新的墨水配方具备高度可定制性。由于该墨水是基于复合材料的，林肯实验室的研究人员可以根据特定的光学、电气或化学要求进行定制。这种灵活性为设计新型玻璃基组件打开了大门，这些组件的功能超越了单纯的结构。目前，研究人员正在开展研究，以提高光学清晰度、减少散射，并在玻璃基质中引入导电或半导体通路。

值得一提的是，所用原材料均为常规易得的无机前驱体，且无需昂贵的高温窑炉，显著降低了制造成本和技术门槛。这种创新方法不仅消除了3D打印玻璃在小批量、定制化领域的应用障碍，而且为将玻璃3D打印技术引入主流制造流程打下了基础。