Neben Kunststoff, Metall oder Keramik stehen inzwischen auch noch zahlreiche weitere Materialien zum 3D-Druck zur Verfügung. Zu diesen, vermeintlich exotischen 3D-Druck-Materialien gehört auch Glas. Wir haben daher für Sie ein paar wichtige Informationen rund um den Glas-3D-Druck zusammengestellt.
Verschiedene Verfahren des Glas-3D-Drucks
Um Glas additiv verarbeiten zu können haben Forscher in jüngster Vergangenheit bislang 2 verschiedene Verfahren entwickelt.
Glasschmelze
Ein Weg führt dabei über die Glasschmelze. Dieses Verfahren wurde am Massachusetts Institute of Technology (MIT) im US-amerikanischen Cambridge entwickelt und 2016 eingeführt. Hierbei wird das Glas in einer Kammer des 3D-Druckers bei über 1000°C geschmolzen. In einer zweiten Kammer, mit integrierter Druckeinheit, wird das geschmolzene Glas gemäß der in den CAD-Dateien festgelegten Strukturen geformt. Bei Zimmertemperatur erkaltet das Glas schließlich in den so geformten Strukturen. Diese sind allerdings teilweise sehr scharfkantig, weshalb mitunter eine manuelle Nachbearbeitung erforderlich ist.
Von Kunststoff zu Glas
Seit 2019 besteht nun auch die Möglichkeit, Glasobjekte direkt aus photopolymeren Materialien zu fertigen. Hierzu gibt es nun 2 unterschiedliche Methoden.
Ein Forscherteam der ETH Zürich um David Moore, Lorenzo Barbera und Kunal Masania aus der Gruppe für Komplexe Materialien entwickelten zu diesem Zweck ein spezielles Harz, welches aus einem flüssigen Kunststoff und einem Siloxan (also einem speziellen Silikon) zusammengesetzt ist. Mit Hilfe eines herkömmlichen SLA-(Stereolithografie)-Druckers wird dieses Harz nun durch Bestrahlung mit UV-Licht im Sinne der gewünschten Strukturen ausgehärtet. Hierbei besteht die Möglichkeit, verschiedene Parameter zu verändern. So erzeugt schwache Lichtintensität große Poren, starke Einstrahlung dagegen kleine Poren, was die ETH-Forscher zunächst per Zufall entdeckt hatten. Durch Beimengung von Borat oder Phosphat lässt sich zudem die Mikrostruktur des Objekts beeinflussen. Auf diesem Wege lassen sich Objekte aus verschiedenen Glastypen aufbauen.
Materialmix statt Harz
Nicht auf ein Spezialharz, sondern auf ein Kunststoff-Quarz-Gemisch setzt jenes Verfahren, welches ein Forscherteam um Bastian Rapp und Frederik Kotz vom NeptunLab der Universität Freiburg gemeinsam mit Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie ebenfalls 2019 zur Marktreife brachten. Dabei handelt es sich um ein lichtempfindliches Kompositmaterials, in welchem winzige Quarzglaskügelchen wie in einer Matrix gleichmäßig verteilt sind. Das Druckverfahren selbst läuft dann über einen Zwischenschritt: Bei 600°C zersetzt sich die Kunststoffmatrix, mit der Folge, dass das verbliebene Quarzglaspulver bei 1300°C gleichmäßig verpacken wird. Die bereits im Materialmix gedruckten Strukturen des geplanten Objekts werden in den übrigbleibenden, reinen Quarzglaskörper „übernommen“, da der Schmelzprozess in alle Raumrichtungen gleichmäßig abläuft.
Glas im FDM-Verfahren
Einen Weg, Glas per FDM-Verfahren zu drucken stellten französische Forscher des ICMCB-CNRS-Labors und der Universität Bordeaux 2020 der Öffentlichkeit vor. Hierfür entwickelten sie ein spezielles Glasfilament aus Basisphosphat. Erstellt wurde dieses Material in einem Plantiegel bei 800°C und zu einem 1,9 mm dicken Stab gezogen. Das so gewonnene Filament lässt sich im Prinzip nun mit einem herkömmlichen FDM-Drucker, wenn auch zu außergewöhnlichen hohen Temperaturen von 470°C Düsen- und 320°C Druckbett-Temperatur, verarbeiten. Auf diesem Wege soll der 3D-Druck modernster optischer Komponenten und neuer biomedizinischer Geräte ermöglicht werden.
Lesen Sie mehr über innovative 3D-Druck-Materialien und Verfahren in unserem 3D Activation-Blog.
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