Glasbauteile aus dem 3D-Drucker

Am Lawrence Livermore National Laboratory in den USA wurde ein neues Verfahren entwickelt, um transparente Bauteile aus Glas für Optiken oder optische Geräte additiv herstellen zu können. Für den 3D-Druck von so genannter kompositorischer Glasoptik haben die beiden Wissenschaftler Du Nguyen und Rebecca Dylla-Spears breiartige Druckpasten mit Silika-Partikeln entwickelt, die sich als konzentrierte Suspensionen mit steuerbaren Fließeigenschaften bei Raumtemperatur verarbeiten lassen.

Druckmaterialien für die Verarbeitung bei Raumtemperatur

Der 3D-Druck von Glas war bislang nur auf Basis von Hochtemperaturprozessen mit Nachteilen in Sachen Präzision und Transparenz möglich. Erfolgreiche Versuche zur Extrusion geschmolzenen Glases bei Temperaturen von über 1.000 °C sind vom MIT aus den USA und dem israelischen Unternehmen Micron3DP bekannt geworden. Erst kürzlich hat das KIT aus Karlsruhe einen Stereolitographie-Prozess unter Verwendung eines flüssigen Kunstharzes mit feinem Quarzpulver vorgestellt, bei dem Harz in einer sich anschließenden Wärmebehandlung ausgetrieben wird und das Bauteil durch Sintern der Partikel entsteht.

Nachteil der bisherigen Ansätze ist, dass die Glaspartikel nicht vollständig aufgeschmolzen werden und sich daher Spannungen, ungleichmäßige Partikelverteilungen und Porositäten ausbilden. Für Anwendungen in der Optik werden in aller Regel höhere Anforderungen erwartet. Daher verfolgten die Wissenschaftler am LLNL das Ziel, Druckmaterialien für die Verarbeitung bei Raumtemperatur zu qualifizieren.

Dies gelang mit Drucktinten, die aus konzentrierten Suspensionen von Glaspartikeln mit steuerbaren Fließeigenschaften bestehen. Die breiigen Massen konnten im Direct Ink Writing schichtweise aufgetragen werden. Die entstandenen Druckteile waren zwar zunächst undurchsichtig, jedoch sorgte die Verarbeitung bei Raumtemperatur für die notwendige Detailgenauigkeit. Die Transparenz wurde in einer sich anschließenden Wärmebehandlung erreicht. Die Technik ermöglicht es zudem, Optiken mit unterschiedlichen Brechungsindizes in einer Ebene zu realisieren.

Der vollständige Forschungsbericht wurde veröffentlicht unter: www.llnl.gov