玻璃是日常生活中的一种常见的材料，价格低廉、用途广泛，不仅可以用在建筑上，还可以用在家装、工艺品制造等方面。随着现代科技水平的迅速提高和应用技术的日新月异，尤其是与计算机技术、材料技术、设计学的完美结合，使玻璃制造技艺达到有史以来的新高度。
玻璃的由来
世界上公认最早的玻璃制造者为古埃及人。玻璃的出现与使用在人类的生活中已有四千多年的历史，在4000年前的美索不达米亚和古埃及的遗迹里，都曾有小玻璃珠的出土。公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业材料。18世纪，为适应制造望远镜的需要，出现了光学玻璃。1874年，比利时首先制出平板玻璃。1906年，美国制出平板玻璃引上机，此后，随着玻璃生产的工业化和规模化，各种用途和各种性能的玻璃相继问世。现在，玻璃已成为日常生活、生产和科学技术领域的重要材料。
传统的玻璃制造工艺包括塑模、成型、吹制、电镀或烧结等工序，最后的产品质量与制造技术水平密切相关。从古埃及发现制造玻璃珠的成型工艺，经过罗马时代发明的金属管吹制工艺，到现代能造出大尺寸平板玻璃的皮尔金顿浮法工艺，玻璃制造技术上的每一次新突破都是长期实验和创新的结果。
3D打印革新玻璃制造工艺
其实，基于玻璃的硬度、光学品质、经济性和可用性等因素，玻璃材质在3D打印领域有着非常独特的潜在价值。
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，打破了传统玻璃设计的规则。
接下来不断有3D打印玻璃的技术出现。2015年6月，3D打印公司Micron3DP宣布，他们在使用玻璃材料的FDM（熔融沉积成型）3D打印技术开发上获得了重大突破。通过不断试验，Micron3DP公司终于把材料温度提升至850摄氏度之后，成功地实现了玻璃3D打印，而像那些实验室专用的玻璃器皿，公司还能够把该材料的熔点提升到1640摄氏度。
2015年8月，美国麻省理工学院媒体实验室中的介导物质团队，与玻璃实验室连手，开发出3D立体打印玻璃的方式，将3D打印机改造成类窑炉的容器，能直接在打印机内部加热、塑型、冷却，即便手拙的人也有办法在玻璃创作世界中打出一片天地。这一玻璃制作工艺被称为G3DP(Glass 3D Printing)技术。
玻璃3D打印是一种全新的3D打印应用探索，众多科研机构和组织都在尝试在这一领域的突破。弗吉尼亚理工大学和罗得岛设计学院在这方面取得了重大进展。他们通过美国的首家联合玻璃机器人实验室（GRL）开发出了一种基于机器人的玻璃3D打印工艺，并已经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打印与其他类型3D打印工作原理如出一辙。不同之处在于材料的选择。目前在玻璃3D打印领域颇具前景的成型工艺包括G3DP技术和六轴玻璃打印。
G3DP是一种融合了当今尖端科技与传统玻璃制造工艺的全新技术，能够创建出非常复杂的3D打印玻璃结构。它的工作原理其实非常简单：首先，机器顶部的烧窑会以1900ㄈ的高温将放入其中的玻璃融化。然后，熔融态的玻璃会通过漏斗流进下方以氧化铝-锆-二氧化硅制成的类似FDM型3D打印机的喷嘴，再被堆积到构建台上，最后逐步冷却成型。期间如果想要停止打印，只需利用压缩空气降低喷嘴的温度即可。
配置方面，G3DP打印机采用了80/20铝材和方钢管制成的框架，极为坚固耐用。运动系统上，它安装有3台独立的步进电机和丝杠门系统。至于控制系统，则是采用了1块Arduino板和一块RAMPS 1.4 Arduino Shield。总的看来，它的机械系统与目前常见的笛卡尔式桌面级3D打印机非常类似。
相对而言，六轴玻璃打印系统虽然有些粗糙和简陋，但却十分有趣。它采用的方式是将熔融状态的玻璃置于上方的耐高温坩埚中，任由其在重力作用下流出，然后通过算法控制机械臂，令其以设定好的模式移动构建台，最后得到特定形状的玻璃制品，而其它工艺采用的方式大多是上方的机械式挤出机负责挤出熔融态玻璃，下方的构建台固定。
玻璃3D打印创新应用
得益于玻璃3D打印技术的迅速发展，越来越多的玻璃生产企业开始将目光转向这一前沿科技，科学家们对于玻璃3D打印应用的设想也变得越来越不可思议。
Glaston公司致力于生产用于建筑、家电、太阳能和汽车等领域的“世界上最好的热处理玻璃”，并提供相关技术和服务支持。如今，公司决定为3D打印玻璃设立相应项目已实现业务扩张。
为了展示3D打印玻璃的能力，他们在米兰举办的Vitrum玻璃博览会上展示一个“最新的热处理生产线的3D打印缩微模型”。玻璃钢化是一个过程，玻璃板在一个有着大工业规模的炉式机器中加热，然后迅速冷却，从而产生增强后的玻璃制品。Glaston的新的热处理生产线“Glaston FC1000”延续了“FC500”处理线的优点，能3D打印出平滑、无暇的光学玻璃。另外，该机器在能源效率、低辐射以及玻璃热处理容量方面的性能也得到了显著增长。
玻璃3D打印同样具备3D打印技术的诸多优势，没有模具、形状限制，解放设计者思想，任何创意想法都有可能从虚拟变成现实。
两位俄罗斯博士Anuar Kulmagambetov和Vladimir Bodyakin正在着手研究用玻璃3D打印建筑。他们表示，比起常用的建筑材料混凝土，玻璃其实更加实用和灵活，特别是用于3D打印时，因为熔融后具有很高的粘度，不像混凝土，必需混合某些额外的纤维或化学物质才能在层层挤出时保证足够的层间粘连性。而且，玻璃在熔融挤出成型后的固化速度非常快，密度也可以灵活掌控（最高可达4000千克/立方米），还可以具有良好的表面结构、光反射性和导热性。除此之外，玻璃还有许多其它优点，比如环保，容易大量生产（能耗低），价格便宜，泛用性强，耐腐蚀，维护成本低廉等。据两位博士透露，他们已经造出了这种玻璃3D打印机的原型，并且配备有一个30升的熔炉。而最近，他们正计划与一家公司合作进行打印墙壁的实际测试。
3D打印玻璃可以用于艺术品加工制作，瑞典的一个陶艺家Jonathan Keep与艺术研究员Charles Stern开始了一个项目，即利用3D打印技术将陶瓷与玻璃结合吹制。单看成品大家可能觉得很简单，其实这两种传统工艺是很难结合的，因为在加热的状态下，粘土和玻璃具有不同的收缩和膨胀率。Jonathan Keep与Charles Stern针对这个问题同许多专家展开调查，最终才确定了方案，利用3D打印技术打印陶瓷，然后与玻璃进行吹制。3D打印技术的应用不仅仅是让艺术更具创新时尚，更是可以用来克服传统工艺所遇到的问题。
结束语：
很多人可能并不清楚使用玻璃材质进行3D打印意味着什么，报告显示，地壳90%的成分是硅酸盐矿物质，也就是制造玻璃的主要原料，它们资源丰富、易于回收，同时不会污染环境，并且玻璃制品的质感更棒、价格便宜，显然是非常符合消费者预期的制品。如果能够将玻璃材质应用到3D打印领域，它有可能改变整个玻璃生产链，推动和支持未来制造业的发展方向。考虑到全球对玻璃制品旺盛的需求以及对个性化设计的渴望，这项技术必定大有可为。
