Glas fra en 3-D printer

ETH-forskere brugte en 3-D printproces til at fremstille komplekse og meget porøse glasobjekter. Grundlaget for dette er en speciel harpiks, der kan hærdes med UV-lys.

Det er ikke nemt at fremstille glasobjekter ved hjælp af 3D-print. Kun få grupper af forskere rundt om i verden har forsøgt at fremstille glas ved hjælp af additive metoder. Nogle har lavet genstande ved at trykke smeltet glas, men ulempen er, at dette kræver ekstremt høje temperaturer og varmebestandigt udstyr. Andre har brugt keramiske partikler i pulverform, der kan udskrives ved stuetemperatur og derefter sintres senere for at skabe glas; imidlertid, genstande fremstillet på denne måde er ikke særlig komplekse.

Forskere fra ETH Zürich har nu brugt en ny teknik til at fremstille komplekse glasobjekter med 3-D-print. Metoden er baseret på stereolitografi, en af ​​de første 3-D printteknikker udviklet i løbet af 1980'erne. David Moore, Lorenzo Barbera, og Kunal Masania i Complex Materials-gruppen ledet af ETH-processor André Studart har udviklet en speciel harpiks, der indeholder en plastik, og organiske molekyler, som glasprecursorer er bundet til. Forskerne rapporterede deres resultater i det seneste nummer af tidsskriftet Natural Materials.

Lys bruges til at "dyrke" objekter

Harpiksen kan behandles ved hjælp af kommercielt tilgængelig Digital Light Processing-teknologi. Dette involverer bestråling af harpiksen med UV-lysmønstre. Hvor end lyset rammer harpiksen, det hærder, fordi de lysfølsomme komponenter i polymerharpiksen krydsbinder på de udsatte punkter. Plastmonomererne kombineres og danner en labyrintlignende struktur, skabe polymeren. De keramikbærende molekyler fylder mellemrummene i denne labyrint.

Et objekt kan således bygges op lag for lag. Forskerne kan ændre forskellige parametre i hvert lag, inklusive porestørrelse:Svag lysintensitet resulterer i store porer; intens belysning producerer små porer. "Vi opdagede, at ved et tilfælde, men vi kan bruge dette til direkte at påvirke porestørrelsen af ​​det trykte objekt, " siger Masania.

Forskerne er også i stand til at ændre mikrostrukturen, lag for lag, ved at blande silica med borat eller fosfat og tilsætte det til harpiksen. Komplekse genstande kan fremstilles af forskellige typer glas, eller endda kombineret i det samme objekt ved hjælp af teknikken.

Forskerne affyrer derefter emnet fremstillet på denne måde ved to forskellige temperaturer:ved 600˚C for at brænde polymerrammerne af og derefter ved omkring 1000˚C for at fortætte den keramiske struktur til glas. Under fyringsprocessen, objekterne krymper betydeligt, men bliver gennemsigtige og hårde som vinduesglas.

Indsendt patentansøgning

Disse 3-D-printede glasobjekter er stadig ikke større end en matrice. Store glasgenstande, såsom flasker, drikkeglas eller ruder, kan ikke fremstilles på denne måde - hvilket faktisk ikke var projektets mål, siger Masania.

Målet var snarere at bevise gennemførligheden af ​​at producere glasobjekter med kompleks geometri ved hjælp af en 3-D printproces. Imidlertid, den nye teknologi er ikke bare en gimmick. Forskerne søgte patent og forhandler i øjeblikket med en stor schweizisk glasforhandler, som vil bruge teknologien i sin virksomhed.