Glas aus dem 3D-Drucker Donnerstag, 19.12.2019

Forscher der ETH stellten mithilfe eines 3D-Druckverfahrens komplexe und hochporöse Glasobjekte her.

Die Grundlage dafür ist ein spezielles Harz, das sich mit UV-​Licht härten lässt. Um Glasobjekte mit einem 3D-​Druckverfahren herzustellen, wurde bisher entweder geschmolzenes Glas ausgedruckt mit dem Nachteil, dass dafür sehr hohe Temperaturen und hitzebeständige Apparaturen nötig sind; oder es wurden pulverförmige Keramikpartikel bei Raumtemperatur gedruckt und später zu Glas gesintert. Allerdings war die Komplexität der daraus gefertigten Objekte bisher eher gering.

Grundlage des neuen Verfahrens der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, ETH, ist die Stereolithografie, eine der ersten 3D-​Drucktechniken aus den 1980er-​Jahren. Die Forscher entwickelten ein spezielles Harz, das sich aus flüssigem Kunststoff und einem Siloxan zusammensetzt. Das Harz lässt sich mit einem kommerziell erhältlichen Stereolithografiegerät verarbeiten. Dabei werden UV-​Lichtmuster auf das Harz gestrahlt. Dort, wo das Licht auftrifft, wird das Harz hart. Dies geschieht deshalb, weil sich an den belichteten Stellen die beiden Harzkomponenten vollständig auftrennen: die Kunststoffmonomere formieren sich zu einem labyrinthähnlichen Polymergerüst, die Moleküle des Siloxans füllen die Zwischenräume des Labyrinths aus.

Ein Objekt kann so Schicht für Schicht aufgebaut werden. Dabei können die Forscher bei jeder Schicht verschiedene Parameter verändern, etwa die Porengröße: Schwache Lichtintensität erzeugt große Poren, starke Einstrahlung kleine Poren. Ebenfalls schichtweise verändern können die Forscher die Mikrostruktur des Objekts, indem sie dem Harz auch Borat oder Phosphat beimengen. Dadurch lassen sich Objekte herstellen, die aus verschiedenen Glastypen aufgebaut sind.

Ein so hergestellter Rohling wird anschließend bei zwei unterschiedlichen Temperaturen gebrannt: Bei 600 Grad Celsius, um das Polymergerüst zu verbrennen, und anschließend bei rund 1000 Grad Celsius, um die Objekte zu Glas zu verdichten. Beim Brennen schrumpfen sie erheblich, werden aber transparent und hart wie Fensterglas. Noch sind die 3D-​gedruckten Glasobjekte höchstens so groß wie ein Spielwürfel. Große Glasobjekte wie Flaschen, Gläser oder Fensterscheiben können auf diese Weise nicht erzeugt werden. Die Forscher meldeten das Verfahren zum Patent an und verhandeln derzeit mit einem Schweizer Glaswarenhändler, der die Technologie in seinem Unternehmen einsetzen möchte.

Foto: Gruppe für Komplexe Materialien/ ETH Zürich - Verschiedene Glasobjekte, die mit einem 3D-​Drucker geschaffen wurden. 

 

AK
19.12.19