3D Glass Printing

In 2015 wurde auf eindrucksvolle Weise ein additiver Fertigungsprozess für Glasbauteile am MIT in den USA vorgestellt. Beim „3D Glass Printing“ wird Glas auf eine so hohe Temperatur erhitzt, dass eine zähflüssige Schmelze entsteht. Anschließend erfolgt der schichtweise Auftrag zu Bauteilen mit einer eindrucksvollen Glasreflexion.

Stereolithographie-Prozess mit Nanopartikeln von hochreinem Quarzglas

Um die additive Fertigung auch in industriellem Maßstab für die Erstellung hochkomplexer Glasbauteile zu verwenden, hat ein Forscherteam um Dr. Bastian E. Rapp seit 2014 am KIT in Karlsruhe einen 3D Druckprozess für die Herstellung kleiner Serien mit komplexen Bauteilgeometrien auf Basis der Stereolithographie entwickelt.

Dazu haben die Forscher dem flüssigen Kunstharz Nanopartikel von hochreinem Quarzglas beigemischt. Unter Einfluss von Licht wird dieses schichtweise ausgehärtet. Flüssig gebliebenes Material wird in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen, so bleibt nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen.

Im Anschluss an den Druckvorgang wird das Harz in einer sich anschließenden Wärmebehandlung ausgetrieben, das Bauteil entsteht durch Sintern der Glaspartikel. „Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen, sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen“, erklärt Rapp.

Die 3D-gedruckten Glasbauteile weisen Auflösungen im Bereich weniger Mikrometer auf. „Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen“, betont Rapp. Mit seinen besonderen Eigenschaften wie Transparenz, Säureresistenz und Hitzebeständigkeit eröffnen sich der Verwendung von Glas im 3D-Druck vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten.

Rapp und sein Team denken an zahlreiche Einsatzgebiete in der Optik, der Datenübertragung und Biotechnologie. „Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen, mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden.“

Für die biologische und medizinische Technik ließen sich kleinste Analyse-Systeme aus Miniatur-Glasröhrchen fertigen. Zudem könnten 3D-geformte Mikrostrukturen aus Glas in unterschiedlichsten Anwendungsgebieten der Optik zum Einsatz kommen, vom Brillenglas mit besonderen Anforderungen bis zur Linse der Laptop-Kamera.

Die Entwicklung wird unter dem Namen „Glassomer“ vermarktet.

www.glassomer.com