Glas aus dem 3D-Drucker

Glasobjekte mit einem 3D-Druckverfahren herzustellen, ist nicht einfach. Erst wenige Forschungsgruppen weltweit haben versucht, Glas mithilfe additiver Verfahren zu produzieren. Einige davon schufen Objekte, indem sie geschmolzenes Glas ausdruckten. Das hat den Nachteil, dass daf¨¹r sehr hohe Temperaturen und hitzebest?ndige Apparaturen n?tig sind. Andere verwendeten pulverf?rmige Keramikpartikel, die sich bei Raumtemperatur drucken und sp?ter zu Glas sintern lassen. Allerdings war die Komplexit?t der daraus gefertigten Objekte bisher eher gering.

Forscher der ETH Z¨¹rich haben nun einen anderen Weg gew?hlt, um mit 3D-Druck komplexe Glasobjekte herzustellen. Grundlage ihres neuen Verfahrens ist die Stereolithografie, eine der ersten 3D-Drucktechniken aus den 1980er-Jahren. Die Forscher David Moore, Lorenzo Barbera und Kunal Masania aus der Gruppe f¨¹r Komplexe Materialien von ETH-Professor Andr¨¦ Studart entwickelten ein spezielles Harz. Dieses ist aus fl¨¹ssigem Kunststoff und einem Siloxan zusammengesetzt. Dar¨¹ber berichten sie in der j¨¹ngsten Ausgabe der Fachzeitschrift ?Nature Materials?.

Licht l?sst das Objekt wachsen

Das Harz l?sst sich mit einem kommerziell erh?ltlichen Stereolithografieger?t 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 vollst?ndig auftrennen: die Kunststoffmonomere formieren sich zu einem labyrinth?hnlichen Polymerger¨¹st, die Molek¨¹le des Siloxans f¨¹llen die Zwischenr?ume des Labyrinths aus.

Ein Objekt kann so Schicht f¨¹r Schicht aufgebaut werden. Dabei k?nnen die Forscher bei jeder Schicht verschiedene Parameter ver?ndern, etwa die Porengr?sse: Schwache Lichtintensit?t erzeugt grosse Poren, starke Einstrahlung kleine Poren. ?Wir haben das per Zufall entdeckt, k?nnen es aber nutzen, um die Porengr?sse in den Objekten gezielt zu ver?ndern?, sagt Masania.

Ebenfalls schichtweise ver?ndern k?nnen 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.

Einen so hergestellten Rohling m¨¹ssen die Forschenden anschliessend bei zwei unterschiedlichen Temperaturen brennen: Bei 600 Grad Celsius, um das Polymerger¨¹st 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.

Spezialanwendung im Visier

Noch sind die 3D-gedruckten Glasobjekte h?chstens so gross wie ein Spielw¨¹rfel. Grosse Glasobjekte wie Flaschen, Gl?ser oder Fensterscheiben k?nnen auf diese Weise nicht erzeugt werden, was auch nicht das Ziel dieser Arbeit gewesen sei, betont Masania.

Ziel sei vielmehr gewesen, den Machbarkeitsnachweis zu erbringen, dass man mit einem 3D-Druckverfahren Glasgegenst?nde von komplexer Geometrie herstellen. Reine Spielerei ist die neue Technik dennoch nicht. Die Forscher meldeten sie zum Patent an und verhandeln derzeit mit einem Schweizer Glaswarenh?ndler, der die Technologie in seinem Unternehmen einsetzen m?chte.