Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Analytik> Materialprüfung>

3D-Druck jetzt auch mit Glas möglich

3D-LaserlithographieLöschbare Tinte für den 3D-Druck

Lasergeschriebene dreidimensionale Mikrostrukturen lassen sich nun schreiben, auflösen und neu schreiben. (Bild: KIT)

Im 3D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. 

…mehr

Komplexe Formen aus Glas3D-Druck jetzt auch mit Glas möglich

Dreidimensionales Drucken ermöglicht das Herstellen äußerst kleiner und komplexer Strukturen auch in kleiner Serie. Durch ein am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickeltes Verfahren lässt sich erstmals auch Glas für diese Technik nutzen.

sep
sep
sep
sep
Strukturen aus Glas

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. Das Verfahren wird nun im Fachmagazin Nature veröffentlicht und auch auf der Hannover Messe vorgestellt.

Glas ist einer der ältesten Werkstoffe der Menschheit. Jetzt lässt sich das schon im alten Ägypten und antiken Rom verwendete Material auch mit der Fertigungstechnik des 21. Jahrhunderts verarbeiten. Ein interdisziplinäres Team am KIT um den Maschinenbauingenieur Dr. Bastian E. Rapp hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Glas für die additive Fertigungstechnik nutzen lässt.

Anzeige
Glastürmchen

Die Forscher 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, 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“ stellen die Wissenschaftler das Verfahren in der Fachpublikation Nature vor.

3D-Druck aus Glas

Die verschiedenen Techniken des 3D-Drucks eigneten sich bislang zwar für die Verwendung von Kunststoffen oder Metallen, nicht jedoch für Glas. Wurde Glas bisher, zum Beispiel durch Schmelzen und Applizieren mittels einer Düse, zu Strukturen verarbeitet, wurde die Oberfläche sehr rau, das Material war porös und enthielt Hohlräume. „Wir stellen eine neue Methode vor, die eine Innovation in der Materialprozessierung bedeutet. Das Material des gefertigten Stücks ist hochreines Quarzglas mit seinen entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften“, so Rapp. 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“, 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, mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden“, erläutert der Maschinenbauingenieur. 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.

Mini-Brezel aus Glas

Die Entwicklung der Forscher um Nachwuchsgruppenleiter Bastian E. Rapp ist ein Ergebnis im Zuge der Nachwuchsförderung „NanoMatFutur“, mit der das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Entwicklung von Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft unterstützt. Die Arbeit der von Rapp geleiteten Forschergruppe wird vom BMBF seit 2014 für insgesamt vier Jahre mit rund 2,8 Mio. Euro gefördert. „Unsere Forschung profitiert sehr vom interdisziplinären Miteinander verschiedener Institute am KIT, so sind neben dem Institut für Mikrostrukturtechnik unter anderem Kollegen vom Institut für Nukleare Entsorgung und vom Institut für Angewandte Materialien an dem Projekt beteiligt“, sagt Rapp.  

Videos und mehr Informationen zur aktuellen Veröffentlichung sowie dem Vorgängerprojekt finden Sie unter: http://www.pkm.kit.edu/liquidglass.php

Die nun vorgestellte Technologie ist auch eines der Themen auf dem Stand des KIT auf der Hannover Messe vom 24. bis 28. April 2017 (Halle 2, B16 – „Research and Technology“). Weitere Informationen: http://www.kit.edu/kit/pi_2017_043_hannover-messe-innovative-technologien-fuer-energiewende-e-mobilitaet-und-materialwissenschaften.php

Publikation:
Frederik Kotz, Karl Arnold, Werner Bauer, Dieter Schild, Nico Keller, Kai Sachsenheimer, Tobias M. Nargang, Christiane Richter, Dorothea Helmer, Bastian E. Rapp: Three-Dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass. Nature, DOI:10.1038/nature22061.

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Eine becherartige Form (rechts unten), hergestellt im 3D-Drucker. (Copyright: TU Wien)

PermanentmagneteMagnete aus dem 3D-Drucker

Wie kann man einen Magneten bauen, der genau das gewünschte Magnetfeld hat? Die TU Wien hat eine Lösung: Erstmals können Magnete mit 3D-Drucker hergestellt werden.

…mehr
Heraeus entwickelt gemeinsam mit dem schwedischen Start-up Exmet den 3D-Druck von amorphen Bauteilen und erweitert dadurch sein Spektrum für Spezialwerkstoffe. (Quelle: Heraeus)

3D-Druck von amorphen BauteilenAmorphe Metalle werden jetzt erstmals 3D gedruckt

Durch eine neue Technologiepartnerschaft mit dem schwedischen Unternehmen Exmet erweitert der Technologiekonzern Heraeus sein Portfolio für 3D-gedruckte Metalle nun um die sehr begehrte Werkstoffgruppe der amorphen Metalle.

…mehr
Clemens Lieberwirth

Forscher revolutioniert Metall-3D-DruckNachwuchswissenschaftler entwickelt kostengünstiges Verfahren

Noch handelt es sich bei den meisten Metall-3D-Druckern um kostenintensive laserbasierte Anlagen, doch alternative Verfahren sind in der Erprobung und sollen den Druck komplexer und gebrauchsfähiger Teile wirtschaftlicher machen.

…mehr
Hochleistungskeramik

HochleistungskeramikTU Wien und Lithoz präsentieren neuen 3D-Drucker

Hochleistungskeramik kann durch einen neuen 3D-Drucker von TU Wien und ihrem Spin-off-Unternehmen Lithoz nun mit bisher unerreichter Genauigkeit und Oberflächenqualität hergestellt werden.

…mehr
Metamaterial

3D-LaserlithografieWeltweit kleinstes Fachwerk

Ein 3D-Fachwerk mit Streben von kaum 200 nm Durchmesser aus glasartigem Kohlenstoff zeigt höhere spezifische Festigkeit als die meisten Feststoffe.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung