Glas aus dem 3D-Drucker

Wie Forscher die Glasherstellung mittels 3D-Drucker revolutionieren

Forschende der ETH Zürich erfinden die Glasproduktion neu: Sie stellen mithilfe eines 3D-Druckverfahrens komplexe hochporöse Glasgebilde her. Mit dieser Technik lassen sich massgeschneiderte Objekte herstellen, um Fälschungen unmöglich zu machen. Welche Resultate die Forschenden zusammen mit Univerre bis jetzt erzielt haben.

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Glasherstellung neu gedacht: Die Forscher an der ETH Zürich entwickelten ein spezielles Harz, das Kunststoff und organische Moleküle enthält, an die siliziumhaltige Moleküle gebunden sind. Das Harz lässt sich mit einem Stereolithografiegerät verarbeiten. Dabei werden UV-Lichtmuster auf das Harz gestrahlt. Das Harz wird an den Stellen hart, an denen das Licht auftritt. Das passiert, weil sich an den belichteten Stellen die Harzbestandteile verflechten. Die Kunststoffmonomere verbinden sich zu einem labyrinthischen Gerüst und erzeugen so das Polymer. 

Glas, 3D, Druck, eth, zürich © Youtube/ETH News for Industry

Die siliziumhaltigen Moleküle füllen die Zwischenräume dieses Labyrinths aus. So kann ein Objekt Schicht für Schicht aufgebaut werden. Bei jedem Schritt können die Forscher verschiedene Parameter ändern. Die Lichtintensität kann genutzt werden, um die Porengröße gezielt zu verändern: Schwache Lichtintensität erzeugt große, starke Einstrahlung kleine Poren. Ebenfalls schichtweise verändern können Forscher das künftige Glasobjekt, indem sie nebst Siliziumdioxid auch Borat oder Phosphat verwenden und dem Harz beimengen. Daraus lassen sich komplexe Objekte herstellen, die aus verschiedenen Glastypen aufgebaut sind.

3D, Druck, Glas © Youtube/ETH Zürich

Der orange Rohling wird bei 600° Grad gebrannt, um das Polymergerüst zu verbrennen. Dabei schrumpft er zu einem weißen Glasvorläufer. Danach wird dieser bei 1000° Grad gebrannt und in transparentes Glas umgewandelt.

White Paper zum Thema

Univerre, ein schweizer Glasflaschen-Vertrieb, der sich auf industrielle Flaschenreinigung und Dekoration auf Glas und Trinkgläser spezialisiert hat, hat sich mit der Complex Materials Gruppe der ETH Zürich zusammengetan. 

Glas, 3D, Druck, ETH, Zürich © Youtube/ETH News for Industry

"Wir haben immer mehr Nachfrage nach personalisierten Glasflaschen und Trinkgläsern. Auf der einen Seite gibt es einen Bedarf an bedruckten Objekten, auf der anderen Seite auch an Formen", so Naselli David, Marketing Manager des Familienunternehmens Univerre.

Bis jetzt war es nicht möglich, kleine Stückzahlen zu produzieren. So kam die Idee auf, Glas mit dem 3D-Drucker herzustellen. Vorhandene Techniken der Glasherstellung hätten Einschränkungen hinsichtlich der Materialzusammensetzung sowie der erreichbaren Komplexität und Auflösung. Mit dieser Technik können Mehrkomponenten-Gläser mit komplexen Formen gedruckt und Porosität erzeugt werden. Das könnte den Weg ebnen für die Herstellung von hoch effizienten chemischen Reaktoren. Weitere Anwendungen mit Potenzial sind die Mikrofluidik und auch in der Schmuckindustrie könnte das Verfahren von Nutzen sein. In Zukunft könnten sich noch mehr Anwendungsgebiete ergeben, die Forschung hat erst begonnen.