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3D-Druck Flüssiges Glas für Lichtcomputer und Medizintechnik

| Redakteur: Johann Wiesböck

Dreidimensionales Drucken ermöglicht das Herstellen äußerst kleiner und komplexer Strukturen auch in kleiner Serie. Durch ein am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeltes Verfahren lässt sich erstmals auch Glas für den 3D-Druck nutzen. Die Anwendungs-Möglichkeiten sind faszinierend.

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Komplizierte, hochgenaue Strukturen aus Glas lassen sich durch eine am KIT entwickelte Methode im 3D-Druck fertigen
Komplizierte, hochgenaue Strukturen aus Glas lassen sich durch eine am KIT entwickelte Methode im 3D-Druck fertigen
(Bild: KIT )

Glas ist eines der wichtigsten und faszinierendsten Materialien der Menschheit – hochtransparent und extrem widerstandsfähig gegenüber Hitze und Säuren. Nicht nur im Alltag ist es allgegenwärtig, seine herausragenden optischen, chemischen und thermischen Eigenschaften machen Glas auch zu einem attraktiven Werkstoff für extrem kleine Bauteile, etwa winzige optische Linsen oder komplexe Mikrosysteme, wie Labors in Chipgröße zur Analyse kleinster Flüssigkeitsmengen.

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Glas ist einer der ältesten Werkstoffe der Menschheit. Jetzt lässt sich das schon im alten Ägypten und antiken Rom verwendete Material auch mit der Fertigungstechnik des 21. Jahrhunderts verarbeiten. Ein interdisziplinäres Team am KIT um den Maschinenbauingenieur Dr. Bastian E. Rapp hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Glas für die additive Fertigungstechnik nutzen lässt.

Die Forscher mischen Nanopartikel hochreinen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs und lassen diese Mischung durch Licht – mittels Stereolithografie – an bestimmten Stellen aushärten. Das flüssig gebliebene Material wird in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen, so bleibt nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen. Der in dieser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff wird anschließend durch Erhitzen entfernt.

„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. Er forscht am KIT am Institut für Mikrostrukturtechnik und leitet eine Arbeitsgruppe, der Chemiker, Elektrotechniker und Biologen angehören. Unter dem Titel „Three-Dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass“ stellen die Wissenschaftler das Verfahren in der Fachpublikation Nature vor.

Die verschiedenen Techniken des 3D-Drucks eigneten sich bislang zwar für die Verwendung von Kunststoffen oder Metallen, nicht jedoch für Glas. Wurde Glas bisher, zum Beispiel durch Schmelzen und Applizieren mittels einer Düse, zu Strukturen verarbeitet, wurde die Oberfläche sehr rau, das Material war porös und enthielt Hohlräume.

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