Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) haben ein Verfahren entwickelt, um per 3D-Druck poröse Glasobjekte zu fertigen. Sie nutzen ein spezielles Harz, um schichtweise Rohlinge aufzubauen, die dann in zwei Schritten zu Glasskulpturen gebrannt werden. Die Gegenstände können dabei aus mehreren Glasarten bestehen und einzigartig komplexe Strukturen aufweisen.
Bisherige Ansätze, gläserne Objekte mittels 3D-Druck zu fertigen, haben klare Nachteile. Um direkt geschmolzenes Glas zu drucken, bedarf es hoher Temperaturen und daher hitzebeständiger Geräte. Aus Keramikpulver Strukturen aufzubauen, die dann zu Glas gesintert werden, wiederum ermöglicht bislang nur relativ einfache Objekte. Das Team der Gruppe für Komplexe Materialen an der ETHZ setzt nun auf eines der ältesten 3D-Drucktechniken, die in den 1980er-Jahren entwickelte Stereolithografie. Unter Nutzung mit dem speziellen Harz des Teams erlaubt dies den schichtweisen Aufbau ziemlich komplexer Strukturen in einem Rohling.
Das Harz besteht aus flüssigem Kunststoff und einem Siloxan und ist für die Verarbeitung mit einem kommerziellen Stereolithografiegerät geeignet. Dabei werden UV-Lichtmuster auf das Harz gestrahlt. Dort, wo Licht auftrifft, trennt sich das Harz auf. Der Kunststoff bildet ein labyrinthähnliches Polymergerüst, dessen Zwischenräume das Siloxan ausfüllt. Die Lichtintensität bestimmt dabei, wie groß die Poren sind, die sich bilden. Beimengungen wiederum, beispielsweise von Borat oder Phosphat, beeinflussen die Mikrostruktur des Objekts. So ist es möglich, Objekte zu fertigen, die aus mehreren verschiedenen Glastypen aufgebaut sind.
Durch die Stereolithografie entsteht zunächst ein Rohling, der noch nach Kunststoff aussieht. Diesen brennen die Forscher anschließend bei zwei unterschiedlichen Temperaturen. Bei 600 Grad Celsius verbrennt zunächst das Polymergerüst, ehe das Objekt bei rund 1.000 Grad Celsius zu Glas verdichtet. Durch dieses Brennen schrumpfen die derart gefertigten Gegenstände erheblich, werden aber transparent und hart wie Fensterglas.
Die so 3D-gedruckten Glasobjekte sind recht kompakt, etwa in der Größe eines Spielwürfels. Größere Gegenstände wie Flaschen, Gläser oder Fensterscheiben können auf diese Weise nicht erzeugt werden. Die zum Patent angemeldete Technologie, bei der sich die Eigenschaften von Glasobjekten sehr gut steuern lassen, könnte für Wissenschaft und Kunst interessant sein, schreibt das Team in "Nature Materials". Spezialanwendungen können sich auch daraus ergeben, dass Objekte mit sehr einzigartiger Struktur entstehen.
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