Ganz schön heiß: Glas aus dem 3D-Ofen

Einfache, gegossene Glasprodukte gab es schon ca. 5000 vor Christus in Mesopotamien – auf dem gleichen Prinzip beruht der neue 3D-Glasdrucker aus dem Massachusetts Institute of Technology. G3DP heißt das Verfahren, das von der Mediated Matter Group in Zusammenarbeit mit dem Department of Mechnical Engineering und dem Glass Lab entwickelt wurde. Das Besondere ist allerdings die Druckerkonstruktion.

Der Drucker besteht aus zwei Keramikkammern, die über einander gestapelt sind. Oben sitzt ein kleiner Schmelztiegel, in den das Glas mit einer Temperatur von rund 1.100 Grad Celsius eingefüllt wird. Durch eine separat beheizte Düse läuft das Glas in die zweite Kammer, den Brennofen. Hier befindet sich die Druckplattform, auf der gedruckt wird. Verschoben wird dabei stets der gesamte Schmelztiegel.

Zur Vorbereitung wurde das Glas entweder direkt im Schmelztiegel vier Stunden erhitzt und anschließend zwei Stunden stehen gelassen, um Luftblasen aufsteigen zu lassen. Alternativ wurde heißes Glas in den Tiegel gegossen. Verwendet wurde dabei handelsübliches Kalk-Natron-Glas. Im Brennofen darunter sind während des Druckvorgangs rund 500 Grad Celsius. Anschließend kann dort die Temperatur kontrolliert abgesenkt werden, um das Glas bis zur Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Die Regelung der Druckdüse erfolgt ebenfalls über Temperatur: Mit komprimierter Luft kühlt das Glas in der Düse aus, mit einer Propangas-Fackel wird sie wieder frei.

Erstmals gelang es dem Team, Glas transparent zu drucken. Wie bei bisherigen Verfahren ist aber Nachbearbeitung noch nötig, um scharfe Kanten zu entfernen und den Boden zu polieren, der durch den Kontakt mit der Druckplattform rauh ist. Ein weiterer Nachteil ist, das noch viele Schritte per Hand erfolgen müssen. Es fehlt die Möglichkeit, den Druck automatisch zu starten, zu enden und das Glasfilament zu schneiden. Durch regelmäßiges Nachfüllen von Glas in den Schmelztiegel entstehen außerdem sichtbare Unterbrechungen. Der Drucker funktioniert derzeit alleine durch die Erdanziehungskraft und soll ein aktives Zuführsystem bekommen. Dann könnte auch der Durchmesser der Düse verändert werden.

Um Partikel bei hohen Temperaturen zusammenzufügen, gibt es bisher zwei Möglichkeiten: das selektive Schmelzen (SLM) oder Sintern (SLS) mit Lasern. Mehr zu den Verfahren gibt es in unserem Überblick über 3D-Druckverfahren. Für den Glasdrucker wurde bereits 2014 ein Patent beantragt, das wissenschaftliche Paper ist online verfügbar. Im kommendem Jahr werden Teile der Arbeit im New Yorker Cooper-Hewitt Smithsonian Design Museum zu sehen sein.

(hch)