Mit Glas dreidimensional drucken

Dreidimensionales Drucken ermöglicht das Herstellen äußerst kleiner und komplexer Struk­turen auch in kleiner Serie. Durch ein am Karls­ruher Insti­tut für Techno­logie ent­wickeltes Ver­fahren lässt sich erst­mals auch Glas für diese Technik nutzen. Auf­grund seiner Eigen­schaften wie Trans­parenz, Hitze­bestän­dig­keit und Säure­resis­tenz eröff­nen sich mit der Verwen­dung von Glas im 3D-Druck viel­fältige neue Anwen­dungs­mög­lich­keiten für die Ferti­gung und Forschung, zum Beispiel in der Optik, der Daten­über­tragung und Bio­techno­logie.

Die Forscher um Bastian Rapp mischen Nanopartikel hochreinen Quarz­glases mit einer kleinen Menge flüs­sigen Kunst­stoffs und lassen diese Mischung durch Licht mittels Stereo­litho­grafie an bestimmten Stellen aus­härten. 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“, erklärt Rapp. „Sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glas­partikel mitein­ander ver­schmelzen.“

„Das Material des gefertigten Stücks ist hochreines Quarzglas mit seinen entspre­chenden chemischen und physi­ka­lischen Eigen­schaften“, so Rapp weiter. Die von den Wissen­schaft­lern am KIT gefer­tigten gläsernen Struk­turen weisen Auf­lö­sungen im Bereich weniger Mikro­meter auf. „Die Abmes­sung der Struk­turen kann aber im Bereich mehre­rer Zenti­meter liegen.“

Einsetzen ließe sich 3D-geformtes Glas zum Beispiel in der Daten­technik. „Die über­nächste Gene­ra­tion von Computern wird mit Licht rechnen, das erfor­dert kompli­zierte Pro­zessor­struk­turen. Mit­hilfe der 3D-Technik könnten beispiels­weise kleine, komplexe Struk­turen aus einer Viel­zahl kleinster, unter­schied­lich ausge­rich­teter optischer Kompon­enten herge­stellt werden“, erläu­tert Rapp. Für die bio­lo­gische und medi­zi­nische Technik ließen sich kleinste Analyse-Systeme aus Mini­atur-Glas­röhr­chen fertigen. Zudem könnten 3D-geformte Mikro­struk­turen aus Glas in unter­schied­lich­sten Anwen­dungs­ge­bieten der Optik zum Ein­satz kommen, vom Brillen­glas mit beson­deren Anfor­de­rungen bis zur Linse der Laptop-Kamera.

KIT / RK