Das winzige Fahrrad auf dieser Aufnahme besteht aus Glas, es ist aber nicht die filigrane Arbeit eines Glasbläsers. Stattdessen steckt hinter diesem Kunstwerk ein neues 3D-Druck-Verfahren für Glas
Die meisten 3D-Druckverfahren bauen aus einem Rohmaterial Schicht für Schicht ein Objekt auf. Dabei wird jede Schicht mit der darunterliegenden fest verbunden, damit das Ergebnis später stabil bleibt. Eine Voraussetzung für das Material ist deshalb, dass es erhärtet, geschmolzen oder mit einem Klebstoff geklebt werden kann.
Während so mittlerweile Objekte aus Kunststoff, Keramik oder Gips problemlos gedruckt werden können, gestaltete es sich bisher schwieriger, auch filigrane Glasobjekte mittels 3D-Druck herzustellen. Forscher um Thomas Doualle von der Universität Marseille haben nun nach einem neuen laserbasierten Verfahren für den Druck komplizierter Glasteile geforscht.
Für ihren neuen 3D-Druck-Ansatz wählten sie nicht das typische additive Schichtverfahren, sondern die sogenannte Multiphotonenpolymerisation. Bei diesem Prozess werden die flüssigen Grundbausteine im Brennpunkt von Laserpulsen punktgenau erhitzt. Dadurch verbinden sie sich miteinander und erhärten zu Glas.
Der Ansatz erforderte ein Material, das bei der Wellenlänge des Lasers sowohl während der anfänglichen flüssigen Phase als auch nach der Polymerisation transparent bleibt und ohne unerwünschte Verformung polymerisiert und aushärtet. Dafür testeten Doualle und seine Kollegen eine Ausgangs-Mischung, die einen photochemischen Initiator zur Absorption des Laserlichts, ein Harz und eine hohe Konzentration an Siliziumdioxid-Nanopartikeln enthielt.
Und tatsächlich: Diese Mischung erwies sich in Kombination mit den ultrakurzen Laserpulsen als geeignet, um selbst feinste Glasstrukturen hochpräzise zu produzieren. Mit dem neuen Prozess können dreidimensionale Glasobjekte mit einer Größe von wenigen Mikrometern bis hin zu zehn Zentimetern hergestellt werden. In ersten Tests erzeugten die Forscher sowohl das Miniatur-Glasfahrrad in unserem Bild als auch ein Miniaturmodell des Eiffelturms.
Die Forscher arbeiten nun daran, den Prozess weiter zu optimieren, um zukünftig auch etwa Glasteile für Luxusuhren, Parfümflaschen oder optische Komponenten herzustellen. “Glas ist eines der wichtigsten Materialien für optische Anwendungen”, so die Wissenschaftler. “Unsere Arbeit repräsentiert einen ersten Schritt zur Entwicklung eines Prozesses, mit dem sich Wissenschaftler eines Tages einfach die benötigten optischen Komponenten selbst drucken können.”
