Die Herstellung winziger und komplexer 3D-Objekte aus Glas ist ein anspruchsvoller Prozess. Dies gilt umso mehr, wenn das benötigte Material hochwertiges Quarzglas (SiO₂) sein soll, das einen aussergewöhnlich hohen Schmelzpunkt hat. Die bisher einzigen möglichen Methoden basieren auf nicht kommerziell erhältlichen Geräten und umfassen das Schmelzen von Glasfasern mit Laserstrahlen oder das Fused Deposition Modeling zur Herstellung von normalem Glas. Diese Methoden führen häufig zu Endprodukten mit rauen Oberflächen, die unerwünscht sind. Jetzt haben UpNano und Glassomer ein schnelles 3D-Druckverfahren entwickelt, um glatte Quarzglasbauteile im mm- und cm-Bereich mit Strukturen, die sogar im μm-Bereich liegen können, herzustellen, wie es in einer Medienmitteilung heisst.
«Es handelt sich um einen Prozess in drei Schritten», lässt sich Markus Lunzer, Teamleiter von Materials & Application bei UpNano, zitieren. «Der erste Schritt besteht darin, die gewünschte Struktur zu entwerfen und zu drucken und dabei alle Vorteile des 2PP 3D-Drucks zu nutzen. Der zweite Schritt ist das Entfernen des organischen Bindematerials, gefolgt von einem Hochtemperatur-Sinterprozess, dem dritten Schritt.» Das Herzstück ist ein neu entwickeltes Nanokomposit: «UpQuartz». Es enthält neben SiO2-Nanopartikeln eine speziell entwickelte Polymermatrix, die den 2PP 3D-Druck des Komposits überhaupt erst ermöglicht. Durch den Druckvorgang entsteht ein «grünes Teil», das bereits die Form der endgültigen und gewünschten Struktur hat. Um am Ende das Quarzglasprodukt zu erhalten, muss die Polymermatrix entfernt werden. Dies wird durch Erhitzen des grünen Teils auf 600 °C erzielt und ein «braunes Teil» bleibt zurück. Dies hat bereits die gewünschte Form des Endprodukts und besteht nur aus SiO2. Dieses braune Teil wird dann bei 1300 °C gesintert. Während der Nachbearbeitung erfährt das Objekt eine isotrope Schrumpfung von etwa 30 Prozent. Dies kann durch ein entsprechendes Upscaling des grünen Teils mithilfe der UpNano-Software leicht kompensiert werden.
«Dieses von uns entwickelte innovative Produktionsverfahren», so Lunzer, «eignet sich ideal für grössere 3D-gedruckte Glasteile, die eine hohe Auflösung und Präzision erfordern, in den Bereichen Maschinenbau, Chemie, Medizin oder Forschung.» Quarzglas bietet hervorragende optische Eigenschaften, ist biokompatibel, chemisch inert und ausserordentlich hitzebeständig, was es zu einem idealen Material für eine breite Palette von Anwendungen macht, wie es weiter heisst.
Nachdem UpNano bereits vor kurzem die Materialprüfung von 2PP 3D-gedruckten Teilen mit UpNano-Druckern und -Harzen für makroskopische Prüfkörper vorangetrieben hat, stellt diese neue Entwicklung nun erneut einen bedeutenden Fortschritt in Bezug auf das Potenzial des 2PP 3D-Drucks dar, heisst es. Die Entwicklung der Methode zur Herstellung von Quarzglasobjekten mittels 2PP 3D-Drucks war ein gemeinsames Projekt von UpNano und Glassomer. Das deutsche Unternehmen hat bereits zuvor die Herstellung von Quarzglasobjekten durch den Einsatz von Technologien wie Softlithographie, Spritzguss und konventionellem 3D-Druck ermöglicht. Die gemeinsame Entwicklung von UpQuartz ermöglicht indessen auch den Einsatz des hochpräzisen 2PP 3D-Drucks, so UpNano weiter.