塑联网了解到玻璃制品的使用，至今已有数十个世纪的历史。玻璃产品外观透明清雅，质感高级，广受大众欢迎。但是，在传统的玻璃制造工艺中，制造者常常要与高温烧制的玻璃近距离接触，造成危险，成型还需要很高的技术难度，需要的步骤复杂，耗时长，制品的精度不高，形状有所限制。

01 玻璃成型的新工艺

想要提升玻璃制品的生产速度和精度还需从生产工艺上做改进。麻省理工的Neri Oxman课题组曾率先实现用3D打印钠钙玻璃，但成品表面粗糙，精度不高。

后来，Bastian E. Rapp教授课题组在Nature上发表论文，他们用纳米二氧化硅颗粒与有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）共混，间接实现了玻璃材料的3D打印。

该课题组的研究让玻璃成型工艺的精度得到了飞跃式的提升，可以打印出最小直径18.4 µm的微流道。

近日，Bastian E. Rapp教授课题组又在Science上发表论文，他们沿用纳米二氧化硅颗粒与树脂共混的方法，开发了一种玻璃注塑成型的新工艺。注塑成型的工艺让玻璃制件实现大批量快速生产，其成品还拥有高精度、表面光滑的特性，与传统的无机玻璃无异。

02 玻璃注塑成型方法

课题组先把纳米二氧化硅颗粒、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）和聚乙二醇（PEG）倒入溶剂中进行混合，而后把溶剂蒸发，得到热塑性的纳米二氧化硅树脂复合材料颗粒。

把这些颗粒导入注塑机中，在温度为130℃和压力700~1000bar的工艺参数下进行注塑成型，得到半乳白色状半成品。

将这些半成品放入40℃水中浸泡半小时，可去除其中的PEG，再将其进行热处理，去除其中的PVB胶粘剂。

这时，半成品中几乎只剩下二氧化硅颗粒了，放入1300℃的炉中进行烧结，即可获得最终产品。

03 玻璃注塑成型的优势

用注塑成型的方法制玻璃，较传统方法而言，优势无可比拟。

1、明显提升玻璃制品的制备速度。在没有额外优化的情况下，可在18分钟内，以每件约5秒的循环时间生产200多个复杂形状的玻璃零件。为大规模机械加工和商业化生产提供了基础。

2、玻璃制品内部不会形成任何气泡或裂纹，表面光滑，不需要额外的研磨抛光等后处理工序。

3、注塑温度控制在130 ℃，烧结温度在1300 °C，可以降低生产能耗。

4、选用无毒聚合物，而且水溶的步骤还可回收95%以上PEG。符合可持续发展的要求。

5、可以通过不同模具定制特殊形状的玻璃零件，而且分辨率能够达到微米级别。

6、具有优异的光学透明度，1000-400 nm波长范围内透射率大于90%，3400 nm 波长的透射率也大于90%，200 nm波长的透射率大于70%，与商用石英玻璃相当。

7、可掺杂金属盐离子制作有色玻璃和紫外线吸收玻璃。

 Bastian E. Rapp教授表示，玻璃在光学、电信、化学、医药等领域无处不在，在日常用品中也随处可见。“几十年来，玻璃一直是制造加工中材料的第二选择，因为其工艺过于复杂、能耗大且加工分辨率不高。聚合物虽说没有上面这些问题，但是它们的物理、光学、化学和热学性能又不如玻璃。因此，我们将聚合物和玻璃加工工艺相结合，快速、经济地制备复杂的玻璃结构”。不过，该方法也面临一个问题，“要确保制品不出现裂纹，必须缓慢地去除聚合物，这可能需要数天时间”，Oliver Schlatter（苏黎世联邦理工学院材料科学家）说，“如果这一步骤可以加快，这种注塑成型工艺制造玻璃制品就可能会像制备塑料制品一样容易”。

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