Plastik und Metall waren gestern - die Welt des 3D-Drucks hat nun ebenfalls Glas für sich entdeckt. Allerdings ist diese Technologie noch nicht für jeden zugänglich, da sie bei extrem hohen Temperaturen von über 1․000 Grad Celsius durchgeführt wird.
Glas ist ein faszinierendes Material das aufgrund seiner Transparenz & Härte in vielen Bereichen eingesetzt wird. Traditionell wird es durch Schmelzen und Formen hergestellt. Doch nun haben Forscher und Ingenieure einen Weg gefunden, Glas auch mit Hilfe von 3D-Druckern herzustellen.
Der 3D-Druck von Glas ist jedoch kein einfacher Prozess. Anders als beim herkömmlichen 3D-Druck, bei dem Schichten von Kunststoff oder Metall aufgetragen werden, erfordert der 3D-Druck von Glas extrem hohe Temperaturen. Das Glas wird auf über 1․000 Grad Celsius erhitzt und dann schichtweise aufgetragen. Diese hohe Temperatur stellt eine große Herausforderung dar da sie nicht nur den Drucker allerdings auch das verwendete Material belastet.
Derzeit wird der 3D-Druck von Glas hauptsächlich in Forschungseinrichtungen & Laboratorien durchgeführt. Dort werden spezielle 3D-Drucker eingesetzt die zur Verwendung die hohen Temperaturen ausgelegt sind. Diese 3D-Drucker verwenden spezielle Düsen und Extruder die das geschmolzene Glas präzise auftragen können. Durch die schichtweise Auftragung entsteht nach und nach ein Objekt aus Glas.
Diese Technologie hat das Potenzial die Herstellung von Glasobjekten zu revolutionieren. Sie ermöglicht es komplexe Formen und feine Details zu drucken die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht realisierbar wären. Dennoch ist der 3D-Druck von Glas noch nicht so weit entwickelt, dass er für den Massenmarkt zugänglich ist. Die hohen Temperaturen und die damit verbundenen Herausforderungen machen den Prozess noch teuer und komplex.
In Zukunft könnte der 3D-Druck von Glas jedoch weiterentwickelt werden und möglicherweise auch in kommerziellen Makerspaces verfügbar sein. Mit fortschreitender Technologie könnten die Kosten und der Aufwand für den 3D-Druck von Glas reduziert werden was zu einer breiteren Anwendung führen könnte. Die Möglichkeit, Glasobjekte nach individuellen Vorstellungen & Bedürfnissen zu drucken könnte viele Bereiche wie Architektur Design und Kunst beeinflussen.
Der 3D-Druck von Glas ist eine spannende Innovation die das Potenzial hat die Herstellung von Glasobjekten zu revolutionieren. Obwohl diese Technologie derzeit noch nicht für jeden zugänglich ist, könnte sie in Zukunft ein wichtiger Bestandteil der modernen Fertigung sein.
5000 vor Christus in Mesopotamien ? auf dem gleichen Prinzip beruht der neue 3D-Glasdrucker aus dem Massachusetts Institute of Technology. G3DP heißt das Verfahren, das von der Mediated Matter Group in Zusammenarbeit mit dem Department of Mechnical Engineering und dem Glass Lab entwickelt wurde. Das Besondere ist allerdings die Druckerkonstruktion.
Im Brennofen wird das Glas Schicht für Schicht gegossen.
Bild: MIT Media Lab - Mediated Matter Group, Screenshot
Der Drucker besteht aus zwei Keramikkammern die betreffend einander gestapelt sind. Oben sitzt ein kleiner Schmelztiegel, in den das Glas mit einer Temperatur von rund 1․100 Grad Celsius eingefüllt wird. Durch eine separat beheizte Düse läuft das Glas in die zweite Kammer, den Brennofen. Hier befindet sich die Druckplattform – auf der gedruckt wird. Verschoben wird dabei stets der gesamte Schmelztiegel.
Zur Vorbereitung wurde das Glas entweder direkt im Schmelztiegel vier Stunden erhitzt und anschließend zwei Stunden stehen gelassen um Luftblasen aufsteigen zu lassen. Alternativ wurde heißes Glas in den Tiegel gegossen. Verwendet wurde dabei handelsübliches Kalk-Natron-Glas. Im Brennofen darunter sind während des Druckvorgangs rund 500 Grad Celsius. Anschließend kann dort die Temperatur kontrolliert abgesenkt werden um das Glas bis zur Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Die Regelung der Druckdüse erfolgt ähnlich wie über Temperatur: Mit komprimierter Luft kühlt das Glas in der Düse aus, mit einer Propangas-Fackel wird sie wieder frei.
Der Glasdrucker kann allerdings auch Schlaufen legen mit beeindruckendem Ergebnis.
Bild: MIT Media Lab - Mediated Matter Group, Screenshot
Erstmals gelang es dem Team Glas transparent zu drucken. Wie bei bisherigen Verfahren ist aber Nachbearbeitung noch nötig · um scharfe Kanten zu entfernen und den Boden zu polieren · der durch den Kontakt mit der Druckplattform rauh ist. Ein weiterer Nachteil ist; das noch viele Schritte per Hand erfolgen müssen. Es fehlt die Möglichkeit den Druck automatisch zu starten zu enden und das Glasfilament zu schneiden. Durch regelmäßiges Nachfüllen von Glas in den Schmelztiegel entstehen außerdem sichtbare Unterbrechungen. Der Drucker funktioniert derzeit alleine durch die Erdanziehungskraft und soll ein aktives Zuführsystem bekommen. Dann könnte auch der Durchmesser der Düse verändert werden.
Um Partikel bei hohen Temperaturen zusammenzufügen, gibt es bisher zwei Möglichkeiten: das selektive Schmelzen (SLM) oder Sintern (SLS) mit Lasern. Mehr zu den Verfahren gibt es in unserem Überblick über 3D-Druckverfahren. Für den Glasdrucker wurde bereits 2014 ein Patent beantragt das wissenschaftliche Paper ist online verfügbar. Im kommendem Jahr werden Teile der Arbeit im New Yorker Cooper-Hewitt Smithsonian Design Museum zu sehen sein.
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