Produktion makroskopischer Quarzglasteile im mm-Bereich
Ein neuartiges Herstellungsverfahren für 3D-gedruckte Objekte aus Quarzglas ermöglicht die Herstellung hochpräziser Formteile im Millimeter- und Zentimeter-Maßstab.
Bild 1. Der Eiffelturm, direkt aus ›UpQuartz‹ gedruckt, zeigt die erreichbare Komplexität sowie die bemerkenswerte Größe, die mit UpQuartz erreicht werden kann. Der Turm ist 10 mm hoch und weist komplizierte Merkmale auf, die bis in den Bereich von einigen 10 µm reichen
Die Herstellung winziger und komplexer 3D-Objekte aus Glas ist ein anspruchsvoller Prozess. Dies gilt umso mehr, wenn das benötigte Material hochwertiges Quarzglas (SiO2) sein soll, das einen außergewöhnlich hohen Schmelzpunkt hat. Die bisher einzigen möglichen Methoden basieren auf nicht kommerziell erhältlichen Geräten und umfassen das Schmelzen von Glasfasern mit Laserstrahlen oder das Fused Deposition Modeling zur Herstellung von normalem Glas. Diese Methoden führen häufig zu Endprodukten mit rauen Oberflächen, die unerwünscht sind. Jetzt haben die Unternehmen UpNano und Glassomer ein schnelles 3D-Druckverfahren entwickelt, um glatte Quarzglasbauteile im mm- und cm-Bereich mit Strukturen, die sogar im µm-Bereich liegen können, herzustellen (Bild 1).
Drei Schritte voraus
»Es handelt sich um einen Prozess in drei Schritten«, erklärt Markus Lunzer, Teamleiter Materials & Application bei UpNano. »Der erste Schritt besteht darin, die gewünschte Struktur zu entwerfen und zu drucken und dabei alle Vorteile des 2PP-3D-Drucks zu nutzen. Der zweite Schritt ist das Entfernen des organischen Bindematerials, gefolgt von einem Hochtemperatur-Sinterprozess, dem dritten Schritt.« Das Herzstück ist ein neu entwickeltes Nanokomposit: ›UpQuartz‹. Es enthält neben SiO2-Nanopartikeln eine speziell entwickelte Polymermatrix, die den 2PP-3D-Druck des Komposits überhaupt erst ermöglicht. Durch den Druckvorgang entsteht ein ›grünes Teil‹, das bereits die Form der endgültigen und gewünschten Struktur hat. Um am Ende das Quarzglasprodukt zu erhalten, muss die Polymermatrix entfernt werden. Dies wird durch Erhitzen des grünen Teils auf 600 °C erzielt, wobei ein sogenanntes ›braunes Teil‹ zurückbleibt. Dies hat bereits die gewünschte Form des Endprodukts und besteht nur aus SiO2. Dieses braune Teil wird dann bei 1300 °C gesintert. Während der Nachbearbeitung erfährt das Objekt eine isotrope Schrumpfung von etwa 30 Prozent. Dies kann durch ein entsprechendes Upscaling des grünen Teils mithilfe der UpNano-Software leicht kompensiert werden. [...]
Hersteller:
UpNano GmbH
A-1030 Wien
www.upnano.com