一家源自橡树岭国家实验室的初创公司正在利用粘合剂喷射3D打印技术，将回收玻璃制成杯垫、装饰瓷砖和建筑覆层——这有望使数千吨材料免于被填埋。Vitriform3D由Alex Stiles联合创立，该公司开发了一种工艺，将废弃玻璃瓶粉碎成细粉，然后使用机械臂将颗粒分层铺开，同时喷嘴喷射粘合剂和墨水，使材料粘合并着色。成品在烤箱中加热定型，类似于陶器制作过程。
Vitriform3D联合创始人Alex Stiles举起一袋玻璃，这些玻璃将用于制造新产品。（图片来源：Amy Smotherman Burgess/ORNL，美国能源部）
粘结剂喷射成型技术此前已应用于金属、木纤维和沙子等材料，但碎玻璃从未被用作原料。最终产品被归类为人造石，由90%至95%的回收玻璃废料和5%至10%的粘结剂聚合物粘合剂组成。“本质上，就是把玻璃粉末粘合在一起，”斯泰尔斯说道。
据斯泰尔斯称，美国只有三分之一的玻璃垃圾得到回收利用。经济因素也加剧了这一问题：玻璃重量大，运输成本高，而且制造商往往发现购买原生砂比加工回收材料更划算。此外，工业规模的玻璃回收还存在污染问题。“如果一家回收厂收到一卡车的玻璃瓶，其中混入了一个咖啡杯，那他们的整条生产线就得停工一天，”斯泰尔斯说道。
斯泰尔斯和联合创始人达斯汀·吉尔默在田纳西大学就读期间，与橡树岭国家实验室（ORNL）研究员斋藤智典（Tomonori Saito）和复合材料研究所（IACMI）合作开展3D打印项目时，萌生了这一概念。2022年，他们入选美国能源部实验室嵌入式创业计划（DOE Lab-Embedded Entrepreneurship Program）在橡树岭国家实验室设立的“创新十字路口”（Innovation Crossroads）节点。这项为期两年的计划为他们提供了资金、科学专业知识以及使用橡树岭国家实验室制造示范设施的机会。在那里，他们改进了打印机软件，测试了粘合剂与粉末的比例，并优化了粘合剂配方，以提高强度和外观。吉尔默后来成为田纳西大学的教授，而斯泰尔斯则继续推进这项技术的发展。
Vitriform3D目前正与橡树岭国家实验室（ORNL）建筑技术研究与集成中心合作，致力于研发用于建筑外墙的再生玻璃覆层。ORNL建筑技术研究员诺兰·海耶斯（Nolan Hayes）正与斯泰尔斯（Stiles）共同开展该项目。“玻璃具有极强的韧性、耐久性和多功能性。它防火，并且能够承受极端天气条件，”海耶斯说道。该覆层计划将玻璃、粘合剂和增强纤维压缩成一个扁平的基底层，并在其上粘合一层单独印刷的表面饰面，从而形成凸起的几何或漩涡状装饰图案。
为了建立供应链，斯泰尔斯创办了一家名为“第四与玻璃”（Fourth & Glass）的独立公司，每月从诺克斯维尔居民手中回收玻璃瓶。这项业务已收集了数万磅原本会被送往垃圾填埋场的玻璃。经过清洗和按颜色分类后，斯泰尔斯将剩余的玻璃材料运送到田纳西州布朗特县的一家大型破碎厂，用于道路建设和县级建设项目。
他还在底特律的劳伦斯理工大学安装了一台3D打印机，让建筑系学生有机会亲身实践这项技术。“这将是建筑系学生第一次真正深入了解这项技术的应用前景，”斯泰尔斯说。相比之下，橡树岭国家实验室的合作项目则着眼于工业化生产。“如果我们拥有一台巨型打印机，我们可以把多少吨玻璃变成墙板？”他问道。
来源：ornl.gov
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