Glas lernt selbst zu leuchten und zu heizen
Mit adaptierten Formgebungsverfahren lassen sich Gläser bei geringeren Temperaturen verarbeiten und somit mit Füllstoffen versetzen. Dies erlaubt neue Funktionen wie nachleuchtende Gläser für Sicherheits- oder Designanwendungen.
Neue Einsatzfelder für Glas. Glasgegenstände, die im Dunkeln nachleuchten, Glasbehälter, die sich aufheizen und abkühlen, oder gläserne Bedienknöpfe und -schalter, die Viren und Bakterien selbständig eliminieren – all dies scheint unserer Alltagserfahrung völlig zu widersprechen. Und doch ist das inzwischen in greifbare Nähe gerückt. Um solche funktionalisierten und präzisionsgeformten Gläser zu erzeugen, haben Forschungsteams vom Fraunhofer IKTS in Dresden ihre Erfahrungen mit keramischen Verfahren auf die Glasfertigung übertragen. Mit adaptierten Formgebungsverfahren lassen sich Gläser bei geringeren Temperaturen verarbeiten und somit mit Füllstoffen versetzen. Dies erlaubt neue Funktionen wie nachleuchtende Gläser für Sicherheits- oder Designanwendungen.
Durch die neuen Möglichkeiten der Formgebung können Gläser bei deutlich geringeren Temperaturen verarbeitet und somit mit Füllstoffen versetzt werden, die neue Funktionen erlauben. Damit eröffnet sich eine Vielzahl neuer Einsatzfelder in der Luftfahrt, Sicherheitstechnik, im Fahrzeugbau oder in der Labortechnik, für die Glas bisher kaum in Frage kam. Je nach eingesetztem Verfahren sind nun unterschiedliche und komplexe Formen und Eigenschaften möglich, die früher entweder nicht realisierbar waren oder aufwändige und teils umweltschädliche Nachbearbeitungsschritte erforderten. Dazu gehören eine breit gefächerte Farbpalette, aber auch metallfreie, elektrisch leitfähige, heizende, antibakterielle und nachleuchtende Gläser. Zudem senken die IKTS-Glasformungsansätze in vielen Fällen den Verbrauch von Energie, Arbeitszeit und anderen Ressourcen bei der Glasbauteilherstellung.
»Daraus ergeben sich neue Perspektiven für diesen Werkstoff«, betont IKTS-Abteilungsleiter Dr. Tassilo Moritz. So habe Glas das Potenzial, den massiven Einsatz von Kunststoff für viele kleine Alltagsgegenstände zu Gunsten nachhaltiger Lösungen einzuschränken.
Graphitzugabe sorgt für leitfähiges Glas
Um bisher bestehende Limitierungen zu überwinden, haben die Dresdner mehrere Technologien adaptiert, die bislang für Keramiken und Kunststoff typisch sind. Ein Beispiel: Sie geben Graphit zu einem Glaspulver. Herstellen lassen sich somit unter anderem elektrisch leitfähige und selbstheizende Glas-Mikroreaktoren für die Chemie- und Pharmaindustrie. Kombinieren lässt sich das Glaspulver aber auch mit Farbpigmenten oder phosphoreszierenden Partikeln. Dabei entstehen nachleuchtende Glasbauteile.
Für besonders komplex geformte Bauteile wie Mikromischer setzen die IKTS-Forschenden industrielle additive Fertigungstechnologien ein. Das kann zum Beispiel das sogenannte Vat-Photopolymerization-Verfahren sein, bei dem das Glaspulver in einen lichthärtbaren Kunststoff eingerührt und nach dem lagenweisen Aufbau zu einem Bauteil mit blauem Licht – vergleichbar einer Füllung beim Zahnarzt – ausgehärtet wird. Ein anderes additives Druckverfahren ist das ›Multi Material Jetting‹. Hier legt die Anlage ein mit Glaspartikeln gefülltes flüssiges Wachs in kleinsten Tröpfchen ab.
Da der bei diesen Verfahren entstehende – auch Grünling genannte – Rohkörper beim anschließenden Sintern, wie von Keramikbauteilen bekannt, schrumpft, ist viel Know-how notwendig, um am Ende genau die projektierten Bauteilabmessungen zu erreichen. »Für so etwas braucht man ein ganz präzises Sinterregime«, sagt Dr. Jochen Schilm. Hier kann das IKTS auf Erfahrungen mit Sinterprozessen und Funktionalisierungen bei Keramiken zurückgreifen, die sich mittlerweile eben auch auf den Werkstoff Glas übertragen lassen.
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28
01277 Dresden
www.ikts.fraunhofer.de