Forscher an der Universität Freiburg haben laut einer Pressemitteilung der Universität zusammen mit dem Start-up Glassomer Quarzglasmaterial auf Polymerbasis entwickelt, das mit der Spritzgusstechnologie kompatibel ist. In Verbindung mit 3D-gedruckten Formen ermöglicht das neuartige Material die Herstellung komplexer Glaskomponenten mit bisher unmöglichen Geometrien bei gleichzeitig hohem Durchsatz.
Ihre Arbeit veröffentlichten die Forscher in einem Artikel mit dem Titel „High-throughput injection molding of transparent fused silica glass“. Wir haben das Unternehmen Glassomer vorgestellt, als es im Jahr 2018 für sein Verfahren zum 3D-Druck von Glas mit dem Gründerpreis ausgezeichnet wurde.
Details zum Material
Das von den deutschen Forschern entwickelte Material ist ein spezielles Verbundgranulat, das bei einer niedrigen Temperatur von 130 Grad Celsius formbar ist. Eine flüssige Harzversion des Materials ist mit SLA-basiertem 3D-Druck kompatibel. Wird das Material in eine 3D-gedruckte Form eingespritzt, ist es anfangs milchig-weiß. Durch einen Wärmebehandlungsprozess wird es mit weniger Energie als beim herkömmlichen Glasschmelzen in reines Quarzglas umgewandelt. Es entstehen Glasteile mit hoher Oberflächenqualität, die nicht weiter poliert werden müssen.
Dr. Frederik Kotz, Gruppenleiter am Labor für Prozesstechnologie und wissenschaftlicher Leiter bei Glassomer, erklärt:
„Wir konnten auch zeigen, dass mikrooptische Glasbeschichtungen den Wirkungsgrad von Solarzellen steigern können. Mit dieser Technologie können nun kostengünstige Hightech-Beschichtungen mit hoher thermischer Stabilität hergestellt werden. Es gibt eine Reihe von kommerziellen Möglichkeiten dafür.“
Einsatzmöglichkeiten
Prof. Dr. Bastian Rapp, vom Labor für Prozesstechnologie der Universität und der Leiter des Teams, erwartet mögliche Anwendungen in vielen Bereichen, von optischen Geräten über Solartechnologie bis hin zu Lab-on-a-Chip-Medizinprodukten.
Kotz sagt:
„Wir sehen großes Potenzial, insbesondere für kleine High-Tech-Glaskomponenten mit komplizierten Geometrien. Der sehr niedrige Ausdehnungskoeffizient des Glases macht neben der Transparenz die Technologie interessant. Sind die Schlüsselkomponenten aus Glas, arbeiten Sensoren und Optiken bei jeder Temperatur sehr zuverlässig.“
Glas findet in vielen Bereichen unseres Lebens seinen Einsatz, von Flaschen über Fensterscheiben bis hin zu High-Tech-Telekommunikationsgeräten. Um es in Form zu bringen, wird es meist geschmolzen, geschliffen, geätzt und ofengegossen. Diese Prozesse sind langsam und bieten wenig gestalterische Freiheit.
Spritzguss ist hingegen schnell und kostengünstig und kommt in der Polymerindustrie häufig vor. Es eignet sich für die Serienproduktion mit vielen Teiletypen. Transparentes Glas war bisher nicht mit der Hochgeschwindigkeits-Spritzgusstechnologie kompatibel.
Rapp erklärt:
„Glas ist seit Jahrzehnten oft die zweite Wahl, wenn es um Materialien in Herstellungsprozessen geht, da seine Bildung zu kompliziert, energieintensiv und für die Herstellung hochauflösender Strukturen ungeeignet ist. Polymere haben dies alles erlaubt, aber ihre physikalischen, optischen, chemischen und thermischen Eigenschaften sind Glas unterlegen. Aus diesem Grund haben wir die Polymer- und Glasverarbeitung kombiniert, um sowohl Massenprodukte als auch komplexe Polymerkomponenten schnell und kostengünstig durch Glas zu ersetzen.“
