Heute arbeitet die additive Fertigung mit mehreren verschiedenen Materialien, doch Glas ist eines der Materialien, mit denen man immer noch schwer arbeiten kann. Nur wenige Forschergruppen auf der ganzen Welt haben versucht, Glasobjekte mit Hilfe von 3D-Drucktechnologien herzustellen. Wir können eine Gruppe von Forschern vom MIT erwähnen, die ein System namens G3DP2 entwickelt hat. Dieses System war in der Lage, komplexe geometrische Formen und personalisierte Glasobjekte zu erzeugen. Im Bereich der kommerziellen Anwendungen können wir auch Glassomer erwähnen, das eine eigene Glas-3D-Drucktechnologie entwickelte. Diesen Monat ist an der ETH Zürich eine neue Technik entstanden, die auf Stereolithographie basiert und interessante Anwendungen verspricht.
Die Forscher der ETH Zürich erklären, dass frühere Techniken Objekte aus geschmolzenem Glas oder aus Keramikpulver hergestellt haben, die bei Raumtemperatur gedruckt und später zu Glas gesintert werden können. Im ersten Fall ist eine der Einschränkungen, dass extrem hohe Temperaturen erforderlich sind, also auch hochhitzebeständige Geräte. Wie bei der zweiten Technik ist es schwierig, komplexe Formen zu erreichen. Dieses neue Verfahren hingegen basiert auf der Stereolithographie, für die ein Spezialharz entwickelt wurde, das ein plastisches und organisches Molekül enthält, an das Glasvorläufer gebunden sind.
Quelle: ETH Zurich
Glas 3D-Druck, der neue Prozess der ETH Zurich
Gemäß dieser Forschung kann das entwickelte Harz in handelsüblichen DLP-Systemen verwendet werden. Der DLP 3D-Druck arbeitet durch Aushärten des Harzes, in dem das UV-Lichtmuster projiziert wird. Während dieses Prozesses können die Forscher verschiedene Parameter in jeder Schicht ändern, einschließlich der Porengröße. So führt beispielsweise eine schwache Lichtintensität zu großen Poren. Darüber hinaus können komplexe Objekte aus verschiedenen Gläsern hergestellt werden, indem Kieselsäure mit Borat oder Phosphat gemischt und dem Harz zugesetzt wird – oder sogar kombiniert werden.
Der dreistufige Prozess, Objekt vor dem Lichtmuster bei 600˚C (links), nach dem Erhitzen (Mitte), nach dem weiteren Erhitzen auf 1000˚C (rechts). Das Objekt schrumpft stark, wird aber hart wie Fensterglas – Quelle: ETH Zurich
Nach diesem Schritt bestrahlen die Forscher das produzierte Objekt bei zwei verschiedenen Temperaturen. Zuerst unter 600˚C zum Abbrennen des Polymergerüsts und dann unter 1000˚C zum Verdichten der keramischen Struktur zu Glas. Während des Brennvorgangs schrumpfen die Objekte deutlich, werden aber transparent und hart wie Fensterglas. Es sollte hinzugefügt werden, dass diese Technik nur für kleine Objekte von Vorteil ist. Tatsächlich können große Glasobjekte wie Flaschen, Trinkgläser oder Fensterscheiben auf diese Weise nicht hergestellt werden. Der Hauptvorteil dieser Technologie liegt im Detailreichtum und der geometrischen Komplexität, die erreicht werden können. Wir sind gespannt, ob diese Technologie von Unternehmen für die Produktion eingesetzt wird! Diese Forschung wurde veröffentlicht bei Natural Materials, weitere Informationen finden Sie HIER.
Objekte mit hohem Detaillierungsgrad und geometrischer Komplexität können wie oben beschrieben hergestellt werden – Quelle: ETH Zurich
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