11/09/2015 - Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie für Glas

Menéame

Forscher des Forschungsteams Glaslabor des Technologieinstituts Massachusetts (MIT) den ersten Prototypen eines 3D-Druckers entwickelt, der mit Glas geschmolzen drucken und somit optisch transparente Objekte von Schicht zu Schicht nach digitalen Anweisungen herstellen kann.

Bisher war es möglich, kleine Glaspellets in einem Pulverbett mit konventionellen 3D-Drucktechniken als Strahl- oder Sinterverfahren zu verwenden, aber die hergestellten Produkte waren undurchsichtig. Mit diesem neuen Fortschritt wird die Art der Materialien erhöht, die als Tinte in 3D-Druckern verwendet werden können, indem sie die aus durchsichtigem Glas enthalten.

Druck bei hohen Temperaturen

Der herausforderndste Aspekt des Glasdrucks ist, dass es bei extrem hohen Temperaturen auftreten muss. Damit das Material schnell genug fließt, um durch die Düse zu gelangen, sollte das Material bei einer Temperatur von über tausend Grad Celsius gehalten werden.

Diese thermischen Anforderungen an das Material selbst zwingen den Drucker dazu, für jede Stufe des Herstellungsprozesses verschiedene Heizsysteme zu benötigen. Die Schmelzglastinte wird in einem Tiegel über der Düse gelagert, wo ein Aufwärm-Serpentin die gewünschte Temperatur hält. Das Glas fließt vom Tiegel bis zu einer speziellen Düse, wo es von anderen Heizspentinen bei ausreichender Temperatur gehalten wird, damit es fließt und nicht in die Düse haften kann.

Schließlich werden die Objekte in einer dritten Heizkammer hergestellt, die über der Temperatur, bei der das Glas verfestigt wird, gehalten wird. Dadurch können gedruckte Objekte allmählich und kontrolliert abgekühlt werden, um ihre Bruch- oder Fragmentierung zu vermeiden.

Auswahl der Druckdüse

Gemäß Peter Houk, der Direktor des MIT Glaslabors, eine passende Düse für Glasdruck zu finden, war eine schwierige Aufgabe. Damit es funktionieren kann, muß es aus einem Material bestehen, das nicht nur die hohen Temperaturen aushält, sondern auch verhindert, daß das Glas an ihm klebt.

"Bei diesen hohen Temperaturen will fast alles an Glas kleben," sagt Houk. Platindüsen werden in einigen Industriezweigen für die Herstellung von Glas verwendet, sind aber sehr teuer. Stattdessen wurde die Gruppe durch eine spezielle Mundstück aus Aluminiumoxid.

Die Maschine druckt Glas Natriumcalcium, eine Glasfamilie, die zur Herstellung verschiedener Arten von Alltagsgegenständen verwendet wird, von einfachen Gläsern bis zu Fensterscheiben. Aber Glas wie Pyrex im Prinzip könnte auch mit dieser neuen Methode gedruckt werden, wenn auch bei noch höheren Temperaturen.

Houk arbeitet zusammen mit seinem technischen Team auch daran, das Wissen über die mechanischen und optischen Eigenschaften der nach dieser 3D-Methode gedruckten Gegenstände zu erweitern und gleichzeitig zu versuchen, die vom Drucker selbst auferlegten Konstruktionsgrenzen zu kennen, einschließlich der Winkel, in die die strukturelle Integrität gedruckt und beibehalten werden kann, und des Drehradius des motorisierten Druckgeräts.

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