Forscher des Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) haben eine innovative Methode im Bereich des Glas-3D-Drucks entwickelt, die es ermöglicht, kleinste Glaskonstruktionen, Linsen und vieles mehr mit ultraviolettem (UV) Licht anstelle der herkömmlichen Hochtemperaturverfahren zu fertigen, wie die Georgia Tech berichtet.
Die herkömmliche Umwandlung von gedrucktem Polymerharz in Kieselsäureglas erforderte extrem hohe Temperaturen von rund 1.100 Grad Celsius und lange Aushärtungszeiten von mehr als einem halben Tag.
3D-Druck winziger Linsen und mikrofluidischer Geräte möglich
Das Team um Professor H. Jerry Qi aus der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering hat jedoch sowohl die benötigte Temperatur als auch die Aushärtungszeit erheblich reduziert. „Dies ist eines der Beispiele, die zeigen, dass es möglich ist, Keramik unter milden Bedingungen herzustellen, da Silizium eine Art von Keramik ist“, erklärte Qi. Der neue Prozess arbeitet bei einer Temperatur von etwa 220 Grad Celsius und dauert nur fünf Stunden.
Dieser Fortschritt ermöglicht nicht nur die Produktion von Glasmikrostrukturen, einschließlich winziger Linsen, die für die medizinische Bildgebung im menschlichen Körper geeignet sind, sondern zeigt auch Potenzial für mikrofluidische Geräte. Solche Mikrofluidik-Systeme, vergleichbar mit kleinen Computerchips mit Nano- oder Mikrokanälen, werden zur Untersuchung von Zellen und Bioflüssigkeiten in Bewegung verwendet.
Vorteile glasbasierter Mikrofluidik
Glasbasierte Mikrofluidik bietet gegenüber polymerbasierten Alternativen klare Vorteile, da sie widerstandsfähiger gegen chemische Korrosion und Körperflüssigkeiten sind. Laut Forschern könnte der 3D-Druck bei niedriger Temperatur zudem die Mikroelektronik-Herstellung beeinflussen. „Halbleitermaterialien in der Mikroelektronik können sehr hohe Temperaturen nicht aushalten. Wenn wir direkt auf einer Platine drucken wollen, muss dies bei niedriger Temperatur geschehen, und 200 Grad C können definitiv diese Arbeit erledigen“, erläuterte Mingzhe Li, Erstautor der Studie.
Das Team des Georgia Institute of Technology verwendet ein lichtempfindliches Harz, das auf einem weit verbreiteten Weichpolymer namens PDMS basiert. Die Umwandlung in Glas erfolgt mit tiefem UV-Licht, wodurch extreme Temperaturen überflüssig werden und Energie gespart wird.
Ausblick und Förderung
Derzeit können mit dem Verfahren des Forschungsteams Strukturen im Bereich von 200 bis 300 Mikrometern erstellt werden. Es gibt jedoch Pläne, die Glasstrukturen auf den Millimeterbereich zu vergrößern. Das Projekt wurde vom Office of Naval Research finanziert, das das Potenzial dieses Ansatzes erkannt hat. Auf unserer Themenseite erfahren Sie mehr zum 3D-Druck von Glas.