Forscher des Centre d’Optique, Photonique et Laser (COPL) der kanadischen Université Laval haben eine Methode entwickelt, Chalcogenidglas mit einem 3D-Drucker zu verarbeiten. Dadurch entstehen neue Wege des Entwerfens und Kombinierens von Materialien zur Herstellung photonischer Komponenten und Fasern.

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Ein Team von Forschern des Centre d’Optique, Photonique et Laser (COPL) der kanadischen Université Laval hat zum ersten Mal Chalkogenidglas mit einem 3D-Drucker gedruckt. Dies berichtet die Zeitschrift Optical Materials Express der Optical Society (OSA). Das Glas eignet sich vor allem für die Fertigung optischer Komponenten, die im mittleren Infrarotbereich liegen. Chalkogenide sind chemische Verbindungen aus einem oder mehreren Chalkogen-Elementen, wie Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur. Der 3D-Druck dieses Glases erleichtert die Herstellung komplexer Glasbauteile und Glasfasern für neue Arten von kostengünstigen Sensoren, Telekommunikationskomponenten und biomedizinischen Geräten.

Ein modifizierter kommerzieller 3D-Drucker

Für den 3D-Druck des Glases griffen Patrick Larochelle und sein Team auf einen kommerziellen 3D-Drucker zurück und modifizierten ihn für die Glasextrusion. Das Verfahren basiert auf der Methode des Fused Deposition Modeling. Laut dem Teammitglied Yannick Ledemi entstehen durch den 3D-Druck optischer Materialien neue Wege des Entwerfens und Kombinierens von Materialien zur Herstellung photonischer Komponenten und Fasern. Außerdem ist so die effizientere Herstellung infrarotoptischer Komponenten bei geringeren Kosten möglich.

COPL Symbol aus Glas
Für den 3D-Druck griffen Patrick Larochelle und sein Team auf einen kommerziellen 3D-Drucker zurück (Bild © Steeve Morency, Université Laval).

Der 3D-Druckvorgang

Chalcogenidglas wird verglichen mit anderen Gläsern bei deutlich niedrigeren Temperaturen weich. Das Team erhöhte die maximale Extrusionstemperatur des 3D-Druckers auf 330 °C, um die Chalcogenidglas-Extrusion zu ermöglichen. Sie produzierten Chalcogenidglasfilamente mit Abmessungen, die normalen Plastikfilamenten ähneln, die normalerweise mit dem 3D-Drucker genutzt werden. Der Drucker fertigte zwei Muster mit komplexen Formen und Abmessungen.

Neben weichem Chalcogenidglas eignet sich der Ansatz auch für andere Glassorten, die mit alternativen Druckmethoden produziert werden, sagte Ledemi. So können Bauteile aus mehreren Materialien hergestellt werden. Glas könne man auch mit Polymeren mit speziellen elektrisch leitfähigen oder optischen Eigenschaften kombinieren, um multifunktionale 3D-gedruckte Geräte herzustellen.

„3D-gedruckte Komponenten auf Chalcogenid-Basis wären für Infrarot-Wärmebildkameras für Verteidigungs- und Sicherheitsanwendungen nützlich“, so Ledemi weiter. „Sie würden auch Sensoren für die Überwachung von Schadstoffen, Biomedizin und andere Anwendungen ermöglichen, bei denen die chemische Signatur von Molekülen im Infrarotbereich zur Erkennung und Diagnose verwendet wird.“

Die Forscher arbeiten an einem verbesserten Design des Druckers, um die Leistung zu steigern und die additive Fertigung komplexer Teile oder Bauteile aus Chalcogenidglas zu ermöglichen. Außerdem planen sie neue Extruder, die das Co-Printing mit Polymeren für die Entwicklung von Multimaterialkomponenten ermöglichen. Im Februar haben wir eine Methode vorgestellt, mit der Luxexcel Brillengläser drucken kann.

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