Dieser 3D-Drucker druckt… GLAS!?
Normalerweise verbinden wir 3D-Druck mit Kunststoff, vielleicht noch mit Metall. Aber Glas? Forscher der Universität Kiel haben jetzt ein Verfahren entwickelt, das genau das ermöglicht. Mit unsichtbaren Laserstrahlen schmelzen sie hauchdünnes Glaspulver Schicht für Schicht zu festen, transparenten Objekten. Klingt abgefahren? Ist es auch!
Inhalt
Das Verfahren: LAMP statt Brennofen
Die Forscher nennen ihre Methode „Laser-Assisted Melt Printing“ (LAMP). Der entscheidende Unterschied zu bisherigen Ansätzen: Das Glas wird direkt während des Drucks geschmolzen und verfestigt. Bisherige Verfahren für den 3D-Druck von Glas oder Keramik erforderten einen zweiten, extrem energieintensiven Schritt: Das gedruckte „grüne“ Bauteil musste stundenlang in einem Ofen bei über 1000°C gehärtet („gesintert“) werden.
LAMP umgeht diesen Prozess komplett. Möglich macht das eine spezielle Partikeltinte auf Siliziumdioxid-Basis – dem Hauptbestandteil von Glas. Diese Tinte wird in dünnen Schichten aufgetragen, und ein hochenergetischer CO₂-Laser verschmilzt die Partikel punktgenau. Das Ergebnis ist eine sofort feste, glatte und dichte Glasstruktur ohne Lufteinschlüsse.
Mehr als nur Glas: Farben und Eigenschaften auf Knopfdruck
Das wirklich Revolutionäre am LAMP-Verfahren ist die Kontrolle, die die Forscher während des Drucks haben. Indem sie Laserleistung und Geschwindigkeit anpassen, können sie die Eigenschaften des Glases in Echtzeit steuern. So lassen sich Dichte, Glätte, Transparenz und sogar die Farbe des Materials gezielt verändern.
Besonders innovativ ist die Anpassung der optischen Eigenschaften. Das Team mischte Gold- und Silberionen in die Drucktinte. Beim Laserschmelzen verwandeln sich diese Ionen in winzige Metall-Nanopartikel. Die Größe dieser Partikel bestimmt, welche Lichtfarben absorbiert werden. Kleine Partikel färben das Glas gelblich-blau, größere rötlich. So lassen sich direkt während des Drucks komplexe optische Bauteile wie Farbfilter, Mikrolinsen oder winzige Lichtleiter (Wellenleiter) mit Farbverläufen herstellen.
Szenario: Maßgeschneiderte Keramik-Implantate
Auch wenn die aktuelle Studie sich auf Glas konzentriert, sehen die Forscher das größte Potenzial in einem anderen Bereich: der Medizintechnik. Insbesondere Keramiken, die für Zahn- oder Knochenimplantate verwendet werden, könnten von dem Verfahren profitieren.
Das stundenlange Brennen im Ofen macht die Herstellung von filigranen oder patientenspezifischen Keramik-Implantaten bisher schwierig, teuer und energieaufwendig. Mit LAMP könnten in Zukunft komplexe, maßgeschneiderte Keramik-Unikate direkt gedruckt werden – perfekt angepasst an den jeweiligen Patienten. Das wäre ein gewaltiger Sprung für die personalisierte Medizin.
Die (ferne) Zukunft des 3D-Drucks?
Das LAMP-Verfahren fasziniert uns einfach. Das Ganze ist bisher aber eine hochkomplexe Grundlagenforschung und erfordert spezielle Laser und Materialien. Von einem Desktop-3D-Drucker, der uns Glas verschiedenen Formen und Farben zaubert, sind wir damit noch weit entfernt.
Dennoch zeigt diese Entwicklung auf beeindruckende Weise, wohin die Reise im 3D-Druck gehen kann. Die Möglichkeit, Materialien zuhause abseits von Kunststoff zu drucken und direkt während des Drucks in ihren fundamentalen Eigenschaften zu verändern, wäre zumindest für mich ein Traum – und für euch? Habt ihr Anwendungsbeispiele?
Quellen:
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