3D 打印正在塑造未來的制造業。

随着 3D 打印技術的逐漸成熟，其應用邊界不斷拓展。據了解，2020 年全球銷售的 3D 打印機超過 200 萬台，種類囊括塑料、金屬，甚至陶瓷，萬物似乎皆可打印。

然而，玻璃 3D 打印對于制造業來說卻一直都是一個巨大的挑戰。

近日，來自瑞典的初創公司 Nobula 提供了一種快速高精度的玻璃 3D 打印技術，該技術的普及将在很大程度上解決複雜玻璃結構成本高昂的痛點，使 3D 打印玻璃像打印塑料一樣簡單。

圖 | Nobula 玻璃 3D 打印機（來源：劉春昕）

玻璃是非常古老的材料，早在公元前 3500 年的埃及人類就開始制造玻璃制品，中國也出土過戰國時期的透明玻璃杯。

由于其透明且穩定的性能，玻璃的應用極為普遍，醫療、光學、航空航天、固态電池、藝術品、珠寶等市場對複雜玻璃産品的需求也在不斷增長。但事實上，玻璃卻是一種非常難成型和加工的材料。

一方面，玻璃的熔點非常高，純二氧化矽玻璃的熔點甚至高達 2000℃，而且玻璃的脆性也導緻物理加工極為困難。

另一方面，在玻璃制造領域，傳統制法隻能研制較大尺度、低精度、簡單的玻璃結構。任何高精度複雜的玻璃結構制造成本都相當昂貴。

麻省理工學院（MIT）學者曾在 2015 年提出一種 3D 打印玻璃的解決方案，但是該技術和傳統玻璃制造相重合，成本極高，卻又無法真正解決行業難題。市場亟需更多元化的玻璃 3D 打印技術。

“基于對激光和玻璃的認知，我們認為 Nobula 有能力給出更普适的玻璃 3D 打印解決方案。2020 年我們團隊終于研發出了 DGLD（Direct Glass Laser Deposition）技術，并看到了其商用的潛力和價值。”Nobula 公司 CEO、聯合創始人劉春昕博士表示。

圖 | 劉春昕博士和團隊成員（左）KTH 副教授 Michael Fokine，（右）博士生 Taras Oriekhov（來源：劉春昕）

Nobula 公司源于瑞典皇家理工學院（KTH Royal Institute of Technology，簡稱KTH）激光物理組的一個博士科研項目。基于激光熔融技術，該團隊開發了桌面級玻璃 3D 打印技術。

據了解，在打印的過程中，其團隊用多個激光束對玻璃線材進行融化和再凝固，進而 3D 成型。打印流程實際上和塑料打印的 FDM 技術相似，不同之處在于 DGLD 技術能夠在 400-2000℃ 的打印溫度上操作。

“這個溫度控制允許我們打印包括超高純度二氧化矽在内的任何玻璃材料，甚至在将來可以預見用我們的系統打印金屬和聚合物。”劉春昕補充道。

目前，Nobula 已經對該 3D 打印技術申請了兩個國際專利，分别針對 3D 打印機和玻璃線材。

玻璃作為最常見的材料之一，在非常多的領域都發揮着不可替代的作用，比如生物醫藥、航空航天、微流體、信息通訊等。而玻璃 3D 打印技術可極大降低複雜玻璃産品的成本，縮短供應鍊周期，降低材料損耗，減少生産過程的碳排放，從而衍生出更多的應用可能。

“可以說，玻璃 3D 打印是一個目前近乎空白但應用前景又橫跨多個下潛市場的領域。”劉春昕表示。

目前，Nobula 緻力于玻璃打印，并将目光主要放在生物醫學和光學領域，但随着其 3D 打印技術的不斷完善，更多的應用領域将逐漸得到開發。

圖 | 背面帶有 3D 打印玻璃容器的極地燕鷗，攝影: Patrick Olofsson（來源：劉春昕）

一個意想不到的例子是一種玻璃容器：Nobula 為瑞典隆德大學（Lund University）的研究人員特别定制了一個“鳥類背包”，可封裝電子設備，從而用來追蹤極地燕鷗。

據了解，這種極地燕鷗主要生活在南北極，是當今世界上有記錄的遷徙時間最長的鳥類動物，每年都會在南北極之間往返，旅程甚至長達上萬公裡。

為了追蹤同時完整記錄極地燕鷗的遷徙過程，隆德大學的高級講師和鳥類專家約翰·貝克曼（Johan Bäckman）三年來一直在尋找一種耐用且輕便的材料。這樣做的目的是制作一個容器來放置跟蹤發射器。

而 Nobula 制作的 “玻璃背包” 恰好滿足了這個要求。其不僅具有極高的材料強度、超輕量化、可防水、承受高溫和低溫環境，而且内部空間充足，足夠容納發射器。最重要的是，該容器是透明的，這使其可以與光傳感器一同工作而不受限制。

圖 | 極地燕鷗的玻璃背包（來源：劉春昕）

随後，研究人員在 “背包” 中插入了一個重量不超過半克并且可以使用至少一年的電子芯片。通過這種方式，他們能夠在極地燕鷗的築巢地點和冬季住所之間一路跟随，共同開啟一段大約為 9000 公裡的遷徙旅程。

值得注意的是，盡管成立時間不長，但 Nobula 目前已是 Formnext 創業挑戰賽中被提名為獲勝者的五家公司之一，吸引了較多關注。

Formnext 創業挑戰賽現已進入第七個年頭，旨在表彰來自增材制造領域的年輕創新公司。除了新的、創造性的和可行的商業理念外，可持續性主題也發揮着重要作用。

圖 | Nobula 獲得 Formnext 創業挑戰賽獎杯（來源：劉春昕）

與此同時，Formnext 也是全球最大的 3D 打印展會，吸引了全球頂尖的增材制造企業參與其中，是增材制造技術展示的首選平台。據劉春昕介紹，Nobula 作為優勝者，将于 11 月中旬在其位于德國法蘭克福的展會上現場展示玻璃打印技術。

“我們期待和來自世界各地的潛在客戶、投資人，以及未來的業務合作夥伴一起探索玻璃 3D 打印的未來應用領域和潛能。而 Formnext 也有助于我們團隊學習最先進的增材制造發展方向，把握行業最新的趨勢。”劉春昕說道。

談及下一步規劃，劉春昕表示将在 2022 年向全球市場推出自身的玻璃 3D 打印系統，并且尋求投資與業務合作夥伴。而中國市場正是 Nobula 重點關注的市場之一。

據悉，中國的增材制造雖然在起步階段落後于歐美，但中國卻是世界上主要增材制造市場中增速最快的。2020 年市場規模是 44 億美元，預計在 2027 年将達到 145 億美元，從而一躍成為世界上最大的增材制造市場，接近全球市場的四分之一。

另一方面，随着市場對 3D 打印技術的認可，下遊市場比如航空航天、車輛制造、芯片電子等對 3D 打印技術的接受程度會進一步增加，對于嘗試和開發新的 3D 打印技術的需求也會更加強烈。

圖 | 新型 3D 打印機打印的微鏡矩陣（來源：劉春昕）

這也意味着玻璃 3D 打印在中國有着廣闊的應用場景和潛力。

Nobula 計劃從 2023 年起在國内和瑞典同時建立兩條生産線，用以生産不同型号的玻璃 3D 打印機和打印線材，為中國和全球提供 3D 打印解決方案。

此外，劉春昕表示，“從 2021 年起，Formnext 在深圳成立了第一個歐洲以外的分會場，我們也期待借助這個平台向國内市場推廣我們的技術。”

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