Stereolithographie | Mit Hilfe eines neuen Verfahrens lassen sich komplexe Formen aus Glas im 3D-Druck herstellen. Das ist für Optik, Datentechnik, aber auch für Biologie und Medizin interessant.
Transparenz, Hitzebeständigkeit und Säureresistenz machen Glas für Optik, Datenübertragung und Biotechnologie zu einem interessanten Werkstoff. Dieser lässt sich mit einem am Karlsruher Institut für Technologie KIT entwickelten Verfahren nun auch im 3D-Druck verarbeiten. Kürzlich haben die Forscher ihr Verfahren auf der Hannover Messe vorgestellt.
Das interdisziplinäre Team um den Maschinenbauingenieur Dr. Bastian E. Rapp mischte Nanopartikel hochreinen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs. Diese Mischung wird mittels Stereolithographie an definierten Stellen ausgehärtet. Das flüssig gebliebene Material wird in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen – so bleibt nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen. Der in dieser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff wird anschließend durch Erhitzen entfernt.
„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“, erklärt Rapp. Er forscht am KIT am Institut für Mikrostrukturtechnik und leitet eine Arbeitsgruppe, der Chemiker, Elektrotechniker und Biologen angehören. Unter dem Titel „Three-Dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass“ haben die Wissenschaftler das Verfahren in der Fachpublikation Nature vorgestellt.
Gefertigte Teile bestehen aus hochreinem Quarzglas
Bisher wurde Glas zum Beispiel durch Schmelzen und Applizieren mittels einer Düse zu Strukturen verarbeitet. Dabei wurde die Oberfläche sehr rau, das Material war porös und enthielt Hohlräume. „Mit der neuen Methode gefertigte Stücke bestehen aus hochreinem Quarzglas mit entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften“, so Rapp. Die so hergestellten Strukturen weisen Auflösungen im Bereich weniger Mikrometer auf. „Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen“, betont Rapp.
Einsetzen ließe sich 3D-geformtes Glas zum Beispiel in der Datentechnik. „Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen“, erläutert der Maschinenbauingenieur. „Mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden.“
Für die biologische und medizinische Technik ließen sich kleinste Analyse-Systeme aus Miniatur-Glasröhrchen fertigen. Zudem könnten 3D-geformte Mikrostrukturen aus Glas in unterschiedlichen Anwendungsgebieten der Optik zum Einsatz kommen, vom Brillenglas mit besonderen Anforderungen bis zur Linse der Laptop- Kamera. Das BMBF fördert die Arbeiten in der Gruppe seit 2014 für insgesamt vier Jahre mit rund 2,8 Mio. Euro. (op) ■
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