玻璃是日常生活中的一種常見的材料，價格低廉、用途廣泛，不僅可以用在建筑上，還可以用在家裝、工藝品制造等方面。隨著現代科技水平的迅速提高和應用技術的日新月異，尤其是與計算機技術、材料技術、設計學的完美結合，使玻璃制造技藝達到有史以來的新高度。
玻璃的由來
世界上公認最早的玻璃制造者為古埃及人。玻璃的出現與使用在人類的生活中已有四千多年的歷史，在4000年前的美索不達米亞和古埃及的遺跡里，都曾有小玻璃珠的出土。公元12世紀，出現了商品玻璃，并開始成為工業材料。18世紀，為適應制造望遠鏡的需要，出現了光學玻璃。1874年，比利時首先制出平板玻璃。1906年，美國制出平板玻璃引上機，此后，隨著玻璃生產的工業化和規模化，各種用途和各種性能的玻璃相繼問世。現在，玻璃已成為日常生活、生產和科學技術領域的重要材料。
傳統的玻璃制造工藝包括塑模、成型、吹制、電鍍或燒結等工序，最后的產品質量與制造技術水平密切相關。從古埃及發現制造玻璃珠的成型工藝，經過羅馬時代發明的金屬管吹制工藝，到現代能造出大尺寸平板玻璃的皮爾金頓浮法工藝，玻璃制造技術上的每一次新突破都是長期實驗和創新的結果。
3D打印革新玻璃制造工藝
其實，基于玻璃的硬度、光學品質、經濟性和可用性等因素，玻璃材質在3D打印領域有著非常獨特的潛在價值。
玻璃3D打印可以追溯到2010年，Shapeways公司在2010年4月首次宣布3D打印玻璃，打破了傳統玻璃設計的規則。
接下來不斷有3D打印玻璃的技術出現。2015年6月，3D打印公司Micron3DP宣布，他們在使用玻璃材料的FDM（熔融沉積成型）3D打印技術開發上獲得了重大突破。通過不斷試驗，Micron3DP公司終于把材料溫度提升至850攝氏度之后，成功地實現了玻璃3D打印，而像那些實驗室專用的玻璃器皿，公司還能夠把該材料的熔點提升到1640攝氏度。
2015年8月，美國麻省理工學院媒體實驗室中的介導物質團隊，與玻璃實驗室連手，開發出3D立體打印玻璃的方式，將3D打印機改造成類窯爐的容器，能直接在打印機內部加熱、塑型、冷卻，即便手拙的人也有辦法在玻璃創作世界中打出一片天地。這一玻璃制作工藝被稱為G3DP(Glass 3D Printing)技術。
玻璃3D打印是一種全新的3D打印應用探索，眾多科研機構和組織都在嘗試在這一領域的突破。弗吉尼亞理工大學和羅得島設計學院在這方面取得了重大進展。他們通過美國的首家聯合玻璃機器人實驗室（GRL）開發出了一種基于機器人的玻璃3D打印工藝，并已經利用其得到了一些有趣的成果。
玻璃3D打印如何成型？
玻璃3D打印與其他類型3D打印工作原理如出一轍。不同之處在于材料的選擇。目前在玻璃3D打印領域頗具前景的成型工藝包括G3DP技術和六軸玻璃打印。
G3DP是一種融合了當今尖端科技與傳統玻璃制造工藝的全新技術，能夠創建出非常復雜的3D打印玻璃結構。它的工作原理其實非常簡單：首先，機器頂部的燒窯會以1900ㄈ的高溫將放入其中的玻璃融化。然后，熔融態的玻璃會通過漏斗流進下方以氧化鋁-鋯-二氧化硅制成的類似FDM型3D打印機的噴嘴，再被堆積到構建臺上，最后逐步冷卻成型。期間如果想要停止打印，只需利用壓縮空氣降低噴嘴的溫度即可。
配置方面，G3DP打印機采用了80/20鋁材和方鋼管制成的框架，極為堅固耐用。運動系統上，它安裝有3臺獨立的步進電機和絲杠門系統。至于控制系統，則是采用了1塊Arduino板和一塊RAMPS 1.4 Arduino Shield。總的看來，它的機械系統與目前常見的笛卡爾式桌面級3D打印機非常類似。
相對而言，六軸玻璃打印系統雖然有些粗糙和簡陋，但卻十分有趣。它采用的方式是將熔融狀態的玻璃置于上方的耐高溫坩堝中，任由其在重力作用下流出，然后通過算法控制機械臂，令其以設定好的模式移動構建臺，最后得到特定形狀的玻璃制品，而其它工藝采用的方式大多是上方的機械式擠出機負責擠出熔融態玻璃，下方的構建臺固定。
玻璃3D打印創新應用
得益于玻璃3D打印技術的迅速發展，越來越多的玻璃生產企業開始將目光轉向這一前沿科技，科學家們對于玻璃3D打印應用的設想也變得越來越不可思議。
Glaston公司致力于生產用于建筑、家電、太陽能和汽車等領域的“世界上最好的熱處理玻璃”，并提供相關技術和服務支持。如今，公司決定為3D打印玻璃設立相應項目已實現業務擴張。
為了展示3D打印玻璃的能力，他們在米蘭舉辦的Vitrum玻璃博覽會上展示一個“最新的熱處理生產線的3D打印縮微模型”。玻璃鋼化是一個過程，玻璃板在一個有著大工業規模的爐式機器中加熱，然后迅速冷卻，從而產生增強后的玻璃制品。Glaston的新的熱處理生產線“Glaston FC1000”延續了“FC500”處理線的優點，能3D打印出平滑、無暇的光學玻璃。另外，該機器在能源效率、低輻射以及玻璃熱處理容量方面的性能也得到了顯著增長。
玻璃3D打印同樣具備3D打印技術的諸多優勢，沒有模具、形狀限制，解放設計者思想，任何創意想法都有可能從虛擬變成現實。
兩位俄羅斯博士Anuar Kulmagambetov和Vladimir Bodyakin正在著手研究用玻璃3D打印建筑。他們表示，比起常用的建筑材料混凝土，玻璃其實更加實用和靈活，特別是用于3D打印時，因為熔融后具有很高的粘度，不像混凝土，必需混合某些額外的纖維或化學物質才能在層層擠出時保證足夠的層間粘連性。而且，玻璃在熔融擠出成型后的固化速度非常快，密度也可以靈活掌控（最高可達4000千克/立方米），還可以具有良好的表面結構、光反射性和導熱性。除此之外，玻璃還有許多其它優點，比如環保，容易大量生產（能耗低），價格便宜，泛用性強，耐腐蝕，維護成本低廉等。據兩位博士透露，他們已經造出了這種玻璃3D打印機的原型，并且配備有一個30升的熔爐。而最近，他們正計劃與一家公司合作進行打印墻壁的實際測試。
3D打印玻璃可以用于藝術品加工制作，瑞典的一個陶藝家Jonathan Keep與藝術研究員Charles Stern開始了一個項目，即利用3D打印技術將陶瓷與玻璃結合吹制。單看成品大家可能覺得很簡單，其實這兩種傳統工藝是很難結合的，因為在加熱的狀態下，粘土和玻璃具有不同的收縮和膨脹率。Jonathan Keep與Charles Stern針對這個問題同許多專家展開調查，最終才確定了方案，利用3D打印技術打印陶瓷，然后與玻璃進行吹制。3D打印技術的應用不僅僅是讓藝術更具創新時尚，更是可以用來克服傳統工藝所遇到的問題。
結束語：
很多人可能并不清楚使用玻璃材質進行3D打印意味著什么，報告顯示，地殼90%的成分是硅酸鹽礦物質，也就是制造玻璃的主要原料，它們資源豐富、易于回收，同時不會污染環境，并且玻璃制品的質感更棒、價格便宜，顯然是非常符合消費者預期的制品。如果能夠將玻璃材質應用到3D打印領域，它有可能改變整個玻璃生產鏈，推動和支持未來制造業的發展方向。考慮到全球對玻璃制品旺盛的需求以及對個性化設計的渴望，這項技術必定大有可為。
