Spuitgieten van glas bij 130°C

Onderzoekers van de universiteit van Freiburg zijn er in geslaagd om glazen componenten snel, goedkoop en op een milieuvriendelijke manier te produceren

Van high-tech producten op het gebied van optica, telecommunicatie, chemie en geneeskunde tot alledaagse voorwerpen zoals flessen en ramen - glas is alomtegenwoordig. Het vormen van glas is echter voornamelijk gebaseerd op processen als smelten, slijpen of etsen. Deze processen zijn decennia oud, technologisch veeleisend, energie-intensief en ernstig beperkt in termen van de te realiseren vormen.

Een team aan het Institut für Mikrosystemtechnik van de Albert Ludwig Universität Freiburg im Breisgau heeft in samenwerking met spin-off Glassomer uit Freiburg een proces ontwikkeld dat het voor het eerst mogelijk maakt om glas eenvoudig, snel en bijna elke vorm met behulp van spuitgieten. Al decennia lang is glas vaak de tweede keus als het gaat om materialen in fabricageprocessen. Hun vormgeving is te gecompliceerd, energie-intensief en ongeschikt voor het maken van structuren met een hoge resolutie.

Glas versus kunststof

Voor kunststoffen geldt juist het omgekeerde, maar hun fysische, optische, chemische en thermische eigenschappen zijn minder dan die van glas. De onderzoekers hebben kunststoffen en glasverwerking gecombineerd. Met het nieuwe proces kunnen ze zowel massaproducten als complexe kunststofstructuren en componenten snel en goedkoop door glas vervangen.

Spuitgieten is het belangrijkste proces in de kunststofindustrie en maakt het mogelijk om snel en goedkoop grote aantallen componenten te produceren in vrijwel elke vorm en afmeting. Tot nu toe konden transparant glas niet met dit proces worden gevormd. Met de nieuw ontwikkelde Glassomer-spuitgiettechnologie van een speciaal ontworpen granulaat is het nu mogelijk om glas in massaproductie te vormen bij een temperatuur van slechts 130°C.

De gespuitgiete componenten uit de 3D-printer worden vervolgens in een warmtebehandeling omgezet in glas: het resultaat is puur kwartsglas. Dit proces kost minder energie dan het conventionele glassmelten, waardoor energie bespaard kan worden. De resulterende glascomponenten hebben een hoge oppervlaktekwaliteit zodat nabehandelingen zoals polijsten niet nodig zijn.

Glas spuitgieten

De nieuwe ontwerpen die mogelijk worden gemaakt door de glasspuitgiettechnologie van Glassomer hebben een breed scala aan toepassingen: van datatechnologie, optica en zonnetechnologie tot lab-on-a-chip en medische technologie. De onderzoekers zien een groot potentieel, vooral voor kleine hightech glascomponenten met complexe geometrieën.

Behalve de transparantie maakt ook de lage uitzettingscoëfficiënt van kwartsglas deze technologie interessant. Sensoren en optica werken betrouwbaar bij elke temperatuur als de belangrijkste componenten van glas zijn. De onderzoekers konden ook aantonen dat micro-optische glascoatings de efficiëntie van zonnecellen kunnen verhogen. Met deze technologie kunnen op een aantal manieren economisch hightech coatings met een hoge thermische stabiliteit voor de industrie worden geproduceerd.

Het onderzoeksteam loste problemen op die bestonden bij het spuitgieten van glas, zoals poreusheid en deeltjesafschuring. Daarnaast zijn belangrijke processtappen in het nieuwe proces ontworpen met water als basismateriaal, waardoor de technologie milieuvriendelijker en duurzamer wordt.

Foto: Neptun Lab, Universität Freiburg