Швейцарські вчені розробили метод 3D-друку, що дозволяє друкувати скляні предмети зі складною структурою, використовуючи різні матеріали, але не використовуючи при цьому нагрів до високої температури під час друку, чого не дозволяють робити інші методи. Стаття опублікована в.
3D-друк найчастіше використовують у двох випадках: коли необхідно швидко створити предмет необхідної форми, не створюючи під нього налагоджений виробничий процес з дорогими прес-формами та іншим обладнанням, або коли необхідно виготовити деталь зі складною структурою, яку дорожче створювати відливкою або іншими класичними методами. Для других випадків інженери вже досить давно розробляють принтери, що друкують не полімерами, а іншими матеріалами, в тому числі, керамікою, склом, і навіть шоколадом.
Однак скло, кераміка та інші подібні матеріали незручно застосовувати в 3D-друку через високу температуру плавлення. Як рішення деякі групи вчених запропонували спочатку друкувати заготівлю з прекурсора скла, а потім проводити високотемпáний віджиг, щоб принтер не потрібно було адаптувати до високої температури. Досі такі методи демонстрували тільки з оксидом кремнію, але тепер з'явився більш універсальний метод.
Вчені зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха під керівництвом Андре Штударта (Andre Studart) навчилися застосовувати схожий принцип для складів з різних оксидів. Дослідники скористалися методом цифрової обробки світла (DLP) - використовується розчин з фотовідверджуваними полімерними прекурсорами, який освітлюється в потрібних місцях світлом, завдяки чому в рідкому розчині утворюється твердий предмет.
Автори використовували різні розчини, що складаються з неорганічного алкоголятного прекурсора для створення скла, фотоактивного мономера і світлопоглинаючої речовини. Склади були підібрані таким чином, що спочатку компоненти знаходяться в області розчинності діаграми стану системи, але після фотополімеризації переходять в область неповної змішуваності. У результаті відбувається спинодальний розпад і дві фази (оксидний прекурсор і полімер) розділяються, утворюючи взаємно безперервну мережеву структуру.
Після полімерізації предмет необхідно піддати піролізу, при якому полімерна частина вигоряє, а скляна залишається, причому на цьому етапі скляний виріб виходить пористим, з порами розміром менше мікрометра. Якщо необхідно отримати прозоре скло, його потрібно додатково піддати спіканню до отримання суцільної і прозорої структури. Прозорість скла, отримуваного після спікання, становить приблизно 85 відсотків. Вимірювання показали, що після спікання відносна щільність такого скла становить 98 відсотків.
Як приклад дослідники надрукували безліч складних структур, більшість з яких являє собою об'ємну сітку з тонкими елементами. Крім того, вчені продемонстрували універсальність методу, надрукувавши не тільки силікатне скло, але також боратне і фосфатне.
3D-друк скляних структур з невеликими розмірами елементів може знайти застосування в мікрофлюїдиці. У 2017 році американські дослідники навчилися друкувати на 3D-принтері рекордно малі полімерні мікрофлюїдні канали з перетином 18 на 10 квадратних мікрометрів.