23/04/2017
Door Ad Spijkers
3D printen maakt het vervaardigen van uiterst kleine en complexe structuren mogelijk, ook in kleine series. Door een aan het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ontwikkelde methode kan nu ook glas via deze techniek worden gebruikt.
Op grond van zijn eigenschappen zoals transparantie en stabiliteit tegen warmte en zuren zijn met het gebruik van glas in 3D printen nieuwe toepassingsmogelijkheden voor de productie en onderzoek mogelijk, bijvoorbeeld in de optica, data-overdracht en biotechnologie.
Glas is een van de oudste materialen van de mensheid. Nu is het ook mogelijk om het reeds in het oude Egypte en antieke Rome gebruikte materiaal ook met productietechniek van de 21e eeuw te verwerken.
3D printen van glas
Een interdisciplinair team aan het KIT heeft een methode ontwikkeld waarmee glas voor additive manufacturing kan worden gebruikt. De onderzoekers mengen nanodeeltjes van zeer zuiver kwartsglas me een kleine hoeveelheid vloeibaar kunststof en laten dit mengsel door licht (met behulp van stereolithografie) op bepaalde plekken uitharden.
Het vloeibaar gebleven materiaal wordt in een oplosmiddelbad uitgewassen, zodat alleen de gewenste uitgeharde structuur overblijft. De in deze glazen structuur nog resterende kunststof wordt vervolgens door verhitting verwijderd. De vorm lijkt nog het meest op een zandgebakje: het heeft weliswaar een vorm, maar is instabiel. Daarom wordt het glas in een laatste stap gesinterd, dat wil zeggen zover verhit dat de glasdeeltjes met elkaar versmelten.
De verschillende technieken van het 3D printen zijn tot nu weliswaar geschikt voor het gebruik van kunststoffen of metalen, maar niet voor glas. Werd glas tot nu toe tot structuren verwerkt via bijvoorbeeld smelten en opbrengen met een spuitneus, dan zou het oppervlak zeer ruw en het materiaal poreus zijn en holle ruimten bevatten.
Toepassingen
De onderzoekers in Karlsruhe presenteren een nieuwe methode, die een innovatie in de materiaalverwerking betekent. Het materiaal van het geproduceerde werkstuk is zeer zuiver kwartsglas met de daarvan bekende uitstekende chemische en fysische eigenschappen. De door het KIT geproduceerde glazen structuren hebben resoluties in de ordegrootte van enkele micrometers. De structuren kunnen echter enkele centimeters groot zijn.
3D geprint glas kan bijvoorbeeld worden gebruikt in de datatechniek. Een van de volgende generaties computers zal rekenen met licht en dat vereist gecompliceerde processorstructuren. Met behulp van 3D techniek zouden bijvoorbeeld kleine complexe structuren uit een veelheid aan de kleinst mogelijke, verschillend georiënteerde optische componenten kunnen worden gemaakt.
Voor de biologische en medische techniek zouden de kleinst mogelijke analysesystemen uit miniatuur glasbuisjes kunnen worden gemaakt. Bovendien kunnen in 3D gevormde microstructuren uit las in de meest uiteenlopende toepassingsgebieden van de optica kunnen worden gebruikt, van brillenglas met bijzondere eisen tot lenzen van laptop-camera's.