Alles, was Sie über Glas 3D-Druck wissen müssen

Glas ist ein hartes, sprödes, transparentes und amorphes anorganisches Material, das in der natürlichen Umwelt vorkommt, aber auch vom Menschen hergestellt werden kann. Im Bereich der additiven Fertigung ist es ein seltenes Material, das jedoch so verarbeitet werden kann, dass Schicht für Schicht Originalteile aus Glas entstehen. Dank der aufkommenden Forschung zu dieser Herstellungsmethode wird der 3D-Druck von Glas immer beliebter und ermutigt immer mehr Unternehmen, eigene Lösungen zu entwickeln. Darüber hinaus zieht die Technologie die Aufmerksamkeit von Wissenschaftlern und Künstlern auf sich, da sie neue Wege für die Glasherstellung eröffnet. In diesem umfassenden Leitfaden erfahren Sie mehr über den 3D-Druck von Glas, seine Merkmale, Vorteile, Grenzen und wichtigsten Anwendungen.

Eigenschaften von Glas im 3D-Druck

Bevor wir uns mit dem eigentlichen Herstellungsprozess befassen, sollten wir einen Blick auf das Material selbst werfen. Glas kommt in der Regel in der Natur in Form von Obsidian vor. Es entsteht, wenn vulkanische Lava mit hohem Siliziumdioxidgehalt schnell abkühlt, ohne Kristalle zu bilden. Das uns vertraute Glas ist in Bezug auf Farbe und Eigenschaften sehr vielseitig. Obwohl wir immer von Glas im Allgemeinen sprechen, gibt es tatsächlich verschiedene Varianten. Je nachdem, ob es sich um Kalk-Natron-Glas, Kunstglas, kristallines Glas oder recycelte Flaschen handelt, kann die Herstellungstemperatur leicht variieren, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Durch 3D-Druck von Glas hergestellte Stücke. (Bild: Chikara Inamura)

Wie bei jedem 3D-Druckverfahren lassen wir den Entwurf zunächst durch einen Slicer laufen, um den sogenannten G-Code zu erzeugen. Die Glasstäbe werden dann durch eine Öffnung, die zum Heizelement führt, in die Maschine eingeführt. Dort werden sie bis zum optimalen Fertigungszustand geschmolzen, bevor sie in die Düse des Druckers eingeführt werden. Wenngleich das Verfahren der schichtweisen Abscheidung dem bekannten FDM-Verfahren sehr ähnlich ist, erfordert die Arbeit mit Glas sehr hohe Schmelztemperaturen. Obwohl dies von der Art des Glases abhängt, muss die Temperatur etwa 1300ºC betragen, damit Glas extrudiert und auf die Bauplattform aufgebracht werden kann.

Während des Herstellungsprozesses wird das Teil in der geschlossenen Kammer bis zum Ende des Prozesses auf etwa 400ºC gehalten. Erst dann beginnt das langsame Abkühlen des Modells auf Raumtemperatur. Nach der Abkühlung müssen die Teile möglicherweise noch nachbearbeitet werden, obwohl sie in der Regel schon fast einsatzbereit sind. Der 3D-Glasdruck steckt noch in den Kinderschuhen und entwickelt sich langsam weiter. Daher können sich die spezifischen Druckerkonfigurationen und Empfehlungen im Laufe der Entwicklung noch ändern.

Vorteile und Anwendungen

Einer der offensichtlichsten Vorteile der additiven Fertigung von Glas ist die Möglichkeit zum Recycling. Glas ist ein Werkstoff, der immer wieder recycelt werden kann, ohne dass sich seine Eigenschaften ändern. In Bezug auf das Design ermöglicht die additive Fertigung von Glas die Schaffung präziser Linien, einzigartiger Krümmungen und innerer Geometrien. Darüber hinaus erzeugt der Durchgang von Licht durch 3D-gedrucktes Glas einen Aurora-Effekt, indem das Licht durch die Linien und Oberflächenschichten gestreut und reflektiert wird.

Der 3D-Druck von Glas erfordert hohe Fertigungstemperaturen

3D-gedrucktes Glas wird hauptsächlich für die Herstellung rein ästhetischer Objekte verwendet. Da es sich um ein zerbrechliches Material handelt, wird es in der Regel nicht in Branchen verwendet, in denen hohe mechanische Eigenschaften wie Festigkeit oder Haltbarkeit erforderlich sind. Zu den Branchen, die am meisten vom 3D-Druck von Glas profitieren können, gehören Kunst, Architektur, Optik und Schmuck. Die wissenschaftliche Forschung ist eine weitere Anwendung, bei der die additive Fertigung von Glas eine wichtige Rolle spielt. Aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften und des Bedarfs an individueller Anpassung, den der 3D-Druck bietet, ist Glas ein unersetzliches experimentelles Hilfsmittel in verschiedenen MINT-Bereichen.

Führende Hersteller auf dem Markt

Eines der Unternehmen, das für seine 3D-Drucklösungen für Glas bekannt ist, ist Maple Glass Printing mit seiner Lösung Maple 3. Mit einem maximalen Fertigungsvolumen von 170 x 200 x 300 mm ist diese Maschine in der Lage, Glasteile mit hoher Geschwindigkeit herzustellen. Darüber hinaus hat das Unternehmen ein Gerät namens Vitri-Glass entwickelt, das recycelte und zerkleinerte Glasabfälle in Stäbe mit einem Durchmesser von 3,5 bis 6 mm umwandelt, die in seinem 3D-Drucker verwendet werden können.

Ein weiterer Name, den man auf diesem Markt im Auge behalten sollte, ist Nobula3D. Das schwedische Unternehmen arbeitet mit dieser Technologie und wartet auf die formale Anerkennung eines Patents, das es ihm ermöglicht, seinen Desktop-3D-Drucker für Glas auf den Markt zu bringen. Die Forschungsgruppe von Neri Oxman am Massachusetts Institute of Technology (MIT) schließlich war eine der ersten, die sich mit dieser Herstellungsmethode befasst hat. Heute verkauft er in seinem Evenline-Studio 3D-gedruckte Dekorationsstücke. Die Forschungsgruppe hat die Lösung zwar noch nicht kommerzialisiert, stellt ihre 3D-Werke aber der Öffentlichkeit zur Verfügung. Auch wenn es derzeit nicht viele andere Akteure gibt, die dieses Verfahren entwickeln, so ist doch zu hoffen, dass der massive Forschungsanstoß dazu führt, dass mehr von dieser Technologie auf den Markt kommt.

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*Titelbildnachweis: MIT