3D-Druck mit Glas: Deutsche Forscher stellen kleinste Glasstrukturen mit SLA-Technologie her

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Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben eine neue Möglichkeit gefunden, um Glas im 3D-Druckverfahren zu verarbeiten. Dabei wurde Quarzglas zu feinem Pulver zerkleinert und mit flüssigem Kunstharz vermischt um mittels Stereolithographie-Technologie kleine und detailreiche Objekte drucken zu können.

Bei Verfahren die bislang zum 3D-Druck von Glas verwendet wurden, wie beispielsweise am MIT oder von Micron3DP, sind hohe Temperaturen zur Extrusion aufgrund des hohen Schmelzpunkts notwendig. Das Forscherteam um Maschinenbauingenieur Dr. Bastian E. Rapp vom KIT hingegen verwendete Partikel aus Quarzglas in Nanometergröße, die mit photosensitivem Kunstharz vermischt wurden, um so am SLA-Drucker mittels UV-Licht schichtweise zu festen Strukturen verarbeitet werden zu können. Das fertige Objekt wird dann noch hitzebehandelt um das Kunstharz auszuschmelzen sowie die Glaspartikel zu verschmelzen und transparent zu machen. Dr. Rapp erklärt:

„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.“

Bild: NeptunLab

Die Vorteile bei dem Verfahren liegen nicht nur in der niedrigen Verarbeitungstemperatur, sondern auch in der höheren Auflösung, die durch den SLA-Prozess gegeben ist. So konnten die Forscher kleinste Strukturen mit feinen Details im Mikrometerbereich herstellen. Die Studie mit dem Titel „Three-dimensional printing of transparent fused silica glass“ wurde in der Fachpublikation Nature veröffentlicht. Vorteile gegenüber hochtemperierten Extrusionsverfahren sieht man auch in den Materialeigenschaften, da die fertigen Objekte weder Hohlräume aufweisen, noch porös sind.

„Wir stellen eine neue Methode vor, die eine Innovation in der Materialprozessierung bedeutet. Das Material des gefertigten Stücks ist hochreines Quarzglas mit seinen entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften“, fügt Rapp hinzu.

Bild: NeptunLab

Anwendung könnte das 3D-Druck-Verfahren für Glasstrukturen auf der Mikroskala sowohl in der Industrie als auch in der Forschung finden. Aufgrund der Eigenschaften von Glas wie Hitzebeständigkeit, Säureresistenz und Transparenz, eröffnen sich hier viele neue Anwendungsmöglichkeiten, etwa in der Optik, der Datenübertragung und der Biotechnologie. Im Bereich der Datentechnik könnte das neu entwickelte Verfahren genutzt werden um komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster optischer Komponenten für die Prozessoren herzustellen. Für die Biologie und Medizintechnik ließen sich kleinste Analyse-System aus Miniatur-Glasröhrchen drucken.