Revolutionärer 3D-Druck mit Glas realisiert

Herstellung komplexer optischer Bauteile problemlos möglich. [...]

Das erste technisch nutzbare Verfahren zum 3D-Druck von gläsernen Objekten haben Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelt. Es lässt sich nutzen, um Einzelstücke für optische, biotechnische, medizinische und informationstechnische Anwendungen herzustellen. Das war bisher nur mit den Ausgangsprodukten Kunststoff, Metall und Beton möglich.

Quarzglas wird zu Puder
Die Forscher um den Maschinenbauingenieur Bastian E. Rapp zerkleinern Quarzglas zu Puder mit nanometergroßen Partikeln – Größenordnung Millionstel Millimeter. Mit einer kleinen Menge an flüssigem Kunststoff, der unter Lichteinfluss aushärtet, stellt das Team einen Brei her. Dünn auf einer Unterlage aufgetragen, wird er an den Stellen, die erhalten werden sollen, von einem feinen Lichtstrahl erhärtet. Die flüssig gebliebene Masse wird mit einem Lösungsmittel entfernt. Schicht für Schicht entsteht so ein nahezu beliebig komplex geformtes Bauteil.

Nach Glas sieht es noch nicht aus. Um es transparent zu machen, wird es gesintert, also auf eine hohe Temperatur erhitzt. Dabei verbrennt der Kunststoff und die feinen Glaspartikel verbinden sich. Das Verfahren „Three-Dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass“ stellen die KIT-Experten in „Nature“ vor. Die Größe der bisher gefertigten Strukturen liegt im Mikrometerbereich, also bei einigen Tausendstel Millimetern. „Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen“, sagt Rapp.

Bauteile für Licht-Computer
Die Datentechnik könnte eines der wichtigsten Einsatzfelder werden. „Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen“, so Rapp. Derartige Rechner benötigen komplizierte gläserne Bauteile zur Verarbeitung der Lichtteilchen, die anstelle von Elektronen die Rechenarbeit übernehmen. Diese Strukturen könnten mithilfe der 3D-Technik entstehen.

Vor einigen Jahren hatte der Hannoveraner Markus Kayser bereits ein 3D-Druckverfahren für gläserne Objekte entwickelt. Als Rohstoff nutzte er damals Sand, den er durch konzentriertes Sonnenlicht per 3D-Drucker direkt in Glas umwandelte. Die Formen waren dagegen eher grob statt filigran und das Glas hatte Poren, sodass es nicht völlig durchsichtig, für technische Anwendungen also unbrauchbar war.