3D-Druck von Glas bei Raumtemperatur: Mythos oder Realität?
Glas ist ein Material, das uns täglich umgibt und in vielen verschiedenen Formen zu finden ist. Es hat sehr interessante Eigenschaften für viele Anwendungen – Transparenz, chemische Trägheit, elektrische Isolierung oder auch Hitzebeständigkeit und Wiederverwertbarkeit. Trotz seiner Vorteile wird es noch kaum in der additiven Fertigung eingesetzt, da es sehr hohe Schmelztemperaturen – etwa 1000°C – und eine streng kontrollierte thermische Umgebung erfordert. Dennoch könnte das jüngste Projekt des Lincoln Laboratory die Situation ändern. Einem Team ist es nämlich gelungen, Glasobjekte bei niedrigen Temperaturen in 3D zu drucken: Ihre Technik, Direct Ink Printing, ermöglicht es, den Prozess bei Raumtemperatur zu starten, gefolgt von einer Wärmebehandlung von nur 250°C.
Das Direct Ink Printing-Verfahren basiert auf einer maßgeschneiderten Tinte, die aus einer Silikatlösung und Nanopartikeln anderer anorganischer Substanzen besteht. Diese wird dann Schicht für Schicht durch eine 410 Mikrometer große Düse extrudiert, wodurch eine sehr genaue Kontrolle des Druckprozesses gewährleistet wird. Die Tinte kann bei Raumtemperatur auf ein Plastik-, Metall-, Glas- oder Silikonsubstrat aufgetragen werden. Die Silikatpartikel reagieren dann miteinander und mit Siliziumdioxidpartikeln, um ein dreidimensionales Werkstück zu bilden.
Das dreistufige Verfahren zum 3D-Druck von Glas.
Nach diesem Druckvorgang bei Raumtemperatur führt das Team eine Nachbearbeitungsphase durch, um die strukturelle Stabilität des Teils zu gewährleisten. Dazu wird das Teil in ein Mineralölbad gelegt, das auf 250°C erhitzt wird. Dadurch wird es vollständig gehärtet. Anschließend wird es in einem organischen Lösungsmittel – einer Mischung aus Toluol und Isopropanol – gereinigt, um alle restlichen Mineralien zu entfernen. Laut dem Team des Lincoln Laboratory führten die durchgeführten Tests zu Strukturen mit einer sehr hohen Auflösung, geringerer Schrumpfung und sehr guter thermischer Stabilität.
Die ersten Ergebnisse sind also sehr vielversprechend und könnten den Zugang zum 3D-Druck von Glas erleichtern. Zwar verlängern die Nachbehandlungsschritte den Herstellungsprozess, doch die erhebliche Senkung der Verarbeitungstemperaturen ist weitgehend vorteilhaft. Im Moment arbeitet das Team nach eigenen Angaben an der Verbesserung der optischen Klarheit des hergestellten Glases sowie an der Entwicklung weiterer Tinten, die andere chemische und elektrische Eigenschaften aufweisen sollen. HIER finden Sie weitere Informationen.
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*Bildnachweise: Lincoln Laboratory
