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德国弗莱堡大学的研究团队开发了一种与注射成型技术兼容的新型玻璃加工技术，开创性实现了玻璃制品快速、经济且更为节能环保的大批量加工。
从光学、电信、化学和医学领域的高科技产品，到瓶子和窗户等日常用品，玻璃无处不在。然而，玻璃的成型主要基于诸如熔融、研磨或蚀刻等工艺流程。这些工艺流程已有数十年历史，技术要求高，耗能大，并且在形状可实现性方面受到严格限制。德国弗莱堡大学微系统技术研究所工艺技术专业的Bastian E. Rapp教授领导的团队，与位于弗莱堡的初创公司Glassomer合作开发了一种新型加工技术，首次通过注射成型技术简单快速地制成几乎所有形状的玻璃制品。研究人员在专业杂志《科学》上发表了他们的研究结果。
Rapp教授介绍说：“几十年来在制造领域中，玻璃通常是第二选择，因为它们的形状过于复杂, 耗能大且不适合制造拥有高分辨率结构的产品。相反，复合材料却能够满足所有这些要求，但是它们的物理、光学、化学和热学性能不如玻璃。我们将复合材料加工与玻璃加工相结合。通过我们新开发的工艺流程，将不仅能够快速、低成本地用玻璃进行批量生产，而且还能够替代复杂的复合材料结构与组件。”
图1: 最新开发的Glassomer复合材料注射成型的结构（照片：Neptun实验室）。
注射成型是复合材料工业中最重要的工艺流程，它能够快速而低成本地批量生产几乎任何形状和尺寸的组件。迄今，使用这种工艺仍无法生产透明玻璃产品。而今，借助新开发的Glassomer注射成型技术，使用特别设计的颗粒原料，可以在130 °C的温度条件下进行大批量的玻璃成型。然后将注射成型的组件在热处理中转化为玻璃：成品是纯石英玻璃制品。与传统的玻璃熔融工艺相比，该方法耗能更少，这意味着可以节省能源。所得的玻璃组件具有较高的表面质量，因此不再需要诸如抛光等后续处理步骤。
Glassomer的玻璃注射成型技术使新型设计成为可能，可以广泛地应用于从数据、光学和太阳能技术到所谓的芯片实验室和医疗技术领域。“我们已看到了该项技术的巨大潜力，特别是对于具有复杂几何形状的小型高科技玻璃组件。除了透明性之外，石英玻璃具备的高透明性和极低膨胀系数，也使得这项技术格外引入注目。如果传感器和光学元件的关键组件是玻璃制成的，那么它们在任何温度下都能够可靠地工作。” 工艺技术专业团队和Glassomer公司的学术负责人Frederik Kotz博士解释道， “我们还能够证明，微光学玻璃涂层可以提高太阳能电池的效率。利用这种技术，现在可以生产出具有高热稳定性的、高性价比的高科技涂料。Glassomer的玻璃注射成型技术将会在工业领域中实现多种创新。”
团队中Frederik Kotz和Markus Mader是工艺技术专业的在读博士生，他们解决了玻璃注射成型工艺中以前存在的问题，例如孔隙率和颗粒磨损。此外，新工艺中的重要工艺步骤均在以水作为基料的基础上设计而成，从而使该技术更加环保和可持续。
Bastian Rapp教授是弗赖堡材料研究中心FMF的主任，也是弗赖堡大学卓越生活、适应和能源自主材料系统（livMatS）的成员，该组织旨在开发新颖的、受生物启发的材料系统。Rapp教授也是Glassomer公司的联合创始人兼首席技术官（CTO），该公司开发用于玻璃的高分辨率3D打印技术。
作者:
Bastian Rapp 教授 (德国)
德国弗莱堡大学微系统技术研究所(IMTEK)
Glassomer公司的联合创始人兼首席技术官
Frederik Kotz 博士 (德国)
Glassomer公司的联合创始人
本文原载于《世界牙科技术》2021年第4期《牙体牙髓专刊》第3-4页。
