3D-Druck: KIT-Forscher drucken mit Glas

3D-Drucken mit Kunststoff oder Metall ist lange bekannt. Karlsruher Forscher haben sich ein anderes Material vorgenommen: Sie bauen Objekte aus Glas auf.

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KIT-Logo aus Glas: flüssiger Kunststoff mit Nanopartikeln aus Quarzglas
KIT-Logo aus Glas: flüssiger Kunststoff mit Nanopartikeln aus Quarzglas (Bild: NeptunLab)

Spezielle Linsen oder Teile für Quantencomputer könnten in Zukunft mit dem 3D-Drucker hergestellt werden: Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, um mit dem 3D-Drucker Objekte aus Glas aufzubauen.

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Als Druckmaterial verwenden die Forscher um Bastian Rapp einen flüssigen Kunststoff mit Nanopartikeln von hochreinem Quarzglas darin. Verarbeitet wird die Mischung per Stereolithographie: Sie wird belichtet und dadurch ausgehärtet. Anschließend wird das nicht benötigte, noch flüssige Material mit einem Lösungsmittel herausgewaschen.

Das Objekt wird erhitzt

Übrig bleibt das ausgehärtete Objekt. Das wird erhitzt, um den verbliebenen Kunststoff zu entfernen, so dass am Ende ein Objekt aus einem hochreinen Quarzglas entsteht. "Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen, sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen", sagt Rapp.

Die KIT-Forscher sind nicht die ersten, die ein 3D-Druckverfahren für Glas entwickeln. Vor einigen Jahren hat beispielsweise ein Team am Massachusetts Institute of Technology das Glass 3D Printing (G3DP) vorgestellt. Dabei wird Glas geschmolzen und in einem der Schmelzschichtung ähnlichen Verfahren ausgebracht.

Das Glas ist hochrein

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Werde Glas auf diese Weise verarbeitet, entstehe eine raue Oberfläche, das Material sei porös und enthalte Hohlräume, sagt Rapp. Das sei bei ihrem Verfahren anders: "Das Material des gefertigten Stücks ist hochreines Quarzglas mit seinen entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften."

Die KIT-Forscher können mit ihrem Verfahren Objekte von mehreren Zentimetern Größe aufbauen. Die Auflösung liegt bei wenigen Mikrometern. Anwendungen gibt es nach ihren Angaben viele: Damit ließen sich etwa spezielle Laborausrüstung für die Biologie oder Medizin fertigen oder besondere Brillengläser und Linsen.

Teile für Quantencomputer werden 3D-gedruckt

Auch in der IT sieht Rapp Anwendungsmöglichkeiten: "Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen. Mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden."

Die Forscher stellen das 3D-Druckverfahren in der Fachzeitschrift Nature vor.

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