Mediated Matter: 3D-Drucken mit Glas

3D-gedrucktes Objekt aus Glas: Flüssiges Glas läuft durch die Düse. (Bild: Andy Ryan/MIT)

Die Vase aus dem 3D-Drucker: US-Forscher haben einen 3D-Drucker entwickelt, der Glas verarbeitet, und damit sehr ansprechende Objekte aufgebaut. Die sind bereits reif fürs Museum.

3D-Drucken einmal anders: Statt Kunststoff, Keramik oder Metall verarbeitet die Arbeitsgruppe Mediated Matter am Massachusetts Institute of Technology (MIT) Glas. Entsprechend nennen sie ihr Verfahren Glass 3D Printing, kurz: G3DP (3D-Drucken mit Glas). Damit haben sie bereits kunstvolle Objekte aufgebaut.

Der Prozess ähnelt dem verbreiteten Schmelzschichtungsverfahren (Fused Deposition Modeling, FDM): Durch eine Düse wird das geschmolzene Material in Schichten aufgebracht. Die Düse ist in zwei Richtungen beweglich. Um in die Höhe zu bauen, wird die Arbeitsplattform nach jeder Lage abgesenkt.

Glas wird sehr heiß verarbeitet

Der große Unterschied allerdings ist die Temperatur: Ein Kunststoff wie Polymilchsäure (Polylactic Acid, PLA), der häufig in 3D-Druckern verarbeitet wird, benötigt etwa 150 Grad. Der Schmelzpunkt von Glas hingegen liegt bei etwa 1.000 Grad. Dafür muss der 3D-Drucker anders konstruiert sein: Er besteht aus einer Schmelzkammer für das Glas, die sich mit der Düse zusammen bewegt, und einer Druckkamera. Beide sind gut mit Keramik isoliert.

Das Glas kann im bereits geschmolzenen Zustand in die Schmelzkammer eingefüllt werden. Es können aber darin auch Glasbrocken erhitzt werden, bis das Glas die richtige Konsistenz hat, um es zu verarbeiten. Das dauert rund vier Stunden. Hinzu kommen zwei Stunden, in denen Luftblasen aus dem Glas entweichen. Dann kann gedruckt werden.

Der Arbeitsraum ist beheizt

Auch der Arbeitsraum, in dem gedruckt wird, ist beheizt: Hier ist es etwa 500 Grad heiß. Nach dem Ende des Druckvorgangs wird die Temperatur langsam abgesenkt. Das soll verhindern, dass das Glas beim Abkühlen reißt. Wie bei anderen 3D-Druck-Verfahren muss auch bei G3DP das Werkstück danach noch bearbeitet werden, so müssen etwa Grate (Kanten) entfernt oder der Boden poliert werden.

Das Verfahren ist noch nicht ganz ausgereift: So wird das Glas nicht etwa durch die Düse gedrückt wie der Kunststoff beim FDM, sondern es läuft einfach durch die Düse hinaus. Da das Glas nicht immer gleichmäßig fließt, sind die Lagen teilweise unregelmäßig. Ohnehin sind die Lagen relativ dick: etwa 4,5 Millimeter hoch und knapp 8 Millimeter breit.

Die Forscher entwickeln den Drucker weiter

Allerdings arbeiten die Entwickler an einer Möglichkeit, das Glas durch die Düse zu drücken. Dann sollen auch Düsen mit einem anderen Durchmesser eingesetzt werden können. Zudem fehlt derzeit noch die Möglichkeit, den Druck über die Software zu starten und zu beenden. Das geschieht per Hand.

Trotz dieser Schwachstellen haben die MIT-Forscher schon eine Reihe sehr schöner Glasobjekte gedruckt. Diese werden im kommenden Jahr Teil einer Ausstellung im Cooper Hewitt, Smithsonian Design Museum in New York City.