Für Lichtcomputer 21.04.2017, 13:18 Uhr

3D-Drucker fertigt Mini-Gegenstände aus Glas Mikrometer genau

So genau hat noch kein Drucker der Welt mit Glas gearbeitet: Mini-Burgen und kleine Bretzeln aus Glas mit einer Auflösung im Mikrometerbereich haben Ingenieure des KIT mit einem neuartigen Verfahren hergestellt. Doch den Forschern geht es nicht um Glas-Gimmicks, sondern um filigranste Bauteile für Computer der Zukunft, die mit Licht rechnen. 

Mini-Burg aus Glas, mit höchster Präzision mittels 3D-Drucker gefertigt: Die gläsernen Strukturen erreichen eine Auflösung im Bereich weniger Mikrometer.

Mini-Burg aus Glas, mit höchster Präzision mittels 3D-Drucker gefertigt: Die gläsernen Strukturen erreichen eine Auflösung im Bereich weniger Mikrometer.

Foto: NeptunLab/KIT

Die Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sind nicht die ersten, die Glas mit Hilfe eines 3D-Druckers verarbeiten. Doch bisherige Geräte kämpfen mit den Nachteilen der Düsentechnik. Die Objekte werden oft sehr ungenau, die Oberfläche rau, das Material porös. Oft entstehen Hohlräume, welche die Stabilität gefährden.

3D-Drucker druckt auf tausendstel Millimeter genau

Das Verfahren der KIT-Forscher hat diese Nachteile nicht. Ihnen sind so filigrane Glasstrukturen gelungen, dass man damit sogar Bauteile für die Computer der Zukunft produzieren kann. „Wir stellen eine neue Methode vor, die eine Innovation in der Materialprozessierung bedeutet“, sagt KIT-Maschinenbauingenieur Bastian Rapp, der das Verfahren entwickelt und im Magazin Nature vorgestellt hat. „Das Material des gefertigten Stücks ist hochreines Quarzglas mit seinen entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften.“

Herzstück der Technik ist das sogenannte Liquid Glas ­– eine dickflüssige Mischung aus Silikat-Nanopartikeln und Kunststoff.

Herzstück der Technik ist das sogenannte Liquid Glas ­– eine dickflüssige Mischung aus Silikat-Nanopartikeln und Kunststoff.

Quelle: NeptunLab/KIT

Die Druckauflösung ist bislang unerreicht: Die gläsernen Strukturen weisen Auflösungen im Bereich weniger Mikrometer auf – ein Mikrometer entspricht einem Tausendstel Millimeter. „Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen“,

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Niedersächsische Landesamt für Bau und Liegenschaften-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) Architektur / Bauingenieurwesen Niedersächsische Landesamt für Bau und Liegenschaften
Hannover Zum Job 
ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH-Firmenlogo
Systemingenieur Avionik / Systems Engineer Avionics (gn) ESG Elektroniksystem- und Logistik-GmbH
Fürstenfeldbruck bei München Zum Job 
Landeshauptstadt Stuttgart-Firmenlogo
Projektleiter*in Architektur für öffentliche Bauten (m/w/d) Landeshauptstadt Stuttgart
Stuttgart Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
R&D Engineer for Embedded Systems (m/f/d) Research & Development MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
Landeshauptstadt Stuttgart-Firmenlogo
Projektleiter*in Elektrotechnik und Versorgungstechnik (m/w/d) Landeshauptstadt Stuttgart
Stuttgart Zum Job 
SCHOLZE-THOST GmbH-Firmenlogo
Ingenieure (m/w/d) für BIM-basierte HKLS-Planung SCHOLZE-THOST GmbH
Leinfelden-Echterdingen Zum Job 
GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München-Firmenlogo
Diplom-Ingenieur / Master / Bachelor (m/w/divers) als Inspektor für Fertigungsüberwachungen bzw. Auditor für Betriebsprüfungen GSI - Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH Niederlassung SLV München
München (Home-Office möglich) Zum Job 
SCHOLZE-THOST GmbH-Firmenlogo
Konstrukteure (m/w/d) für BIM-basierte HKLS-Planung SCHOLZE-THOST GmbH
Leinfelden-Echterdingen Zum Job 
Langmatz GmbH-Firmenlogo
Produktmanager Glasfaser-Netzausbau (m/w/d) Langmatz GmbH
Garmisch-Partenkirchen Zum Job 
Panasonic Corporation-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) in der Systementwicklung Panasonic Corporation
Lüneburg Zum Job 
MKS Instruments Deutschland GmbH-Firmenlogo
NPI Engineer (m/w/d) MKS Instruments Deutschland GmbH
Kleinmachnow Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
Research Engineer, Hearing Implant Fitting (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
Design Engineer, Analog / Mixed Signal IC Design (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
Design Engineer, Analog IC Design (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
MED-EL Medical Electronics-Firmenlogo
R&D Engineer for Clinical Objective Monitoring (m/f/d) MED-EL Medical Electronics
Innsbruck (Österreich) Zum Job 
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur (m/w/d) mechanische Konstruktion I/O Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
WBM Wohnungsbaugesellschaft Berlin-Mitte mbH-Firmenlogo
Projektleitung Modernisierung und Instandsetzung (w/m/d) WBM Wohnungsbaugesellschaft Berlin-Mitte mbH
Stadtwerke München GmbH-Firmenlogo
Leitung Verkehrsinfrastruktur (m/w/d) Stadtwerke München GmbH
München Zum Job 
DEKRA Automobil GmbH-Firmenlogo
Sachverständiger für Schadstoffe in Gebäuden - inklusive Teamleitung (m/w/d) DEKRA Automobil GmbH
Stuttgart Zum Job 
pmdtechnologies ag-Firmenlogo
Informatiker / Ingenieur / Physiker / Mathematiker (m/w/d) im Unternehmensbereich Software Development pmdtechnologies ag

3D-geformtes Glas für Computer der Zukunft

Bislang haben die Forscher Mini-Bretzeln und kleine Burgen aus Glas gedruckt. Prestige-Objekte. In Zukunft könnte 3D-geformtes Glas, das transparent, hitzebeständig und säureresistent ist, in der Datentechnik zum Einsatz kommen. „Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen“, sagt Rapp. „Mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden.“

Auch für die Medizintechnik ließen sich kleinste Analysesysteme aus Miniatur-Glasröhrchen fertigen. 3D-geformte Mikrostrukturen aus Glas könnten zudem in Brillen oder Kameralinsen zum Einsatz kommen.

Neues Verfahren mit höchster Präzision

Und wie funktioniert das neue Verfahren? Zum einen haben die KIT-Ingenieure am Drucker selbst gearbeitet, haben zudem ein neues Polymer entwickelt, das als Ausgangsmaterial dient, und setzen zudem einen Laser ein, der als Trockner arbeitet.

Glasbretzel aus dem 3D-Drucker: Solche Glasbauteile herzustellen, ist laut Forschern fast so einfach wie Kekse zu backen. 

Glasbretzel aus dem 3D-Drucker: Solche Glasbauteile herzustellen, ist laut Forschern fast so einfach wie Kekse zu backen.

Quelle: NeptunLab/KIT

Aber der Reihe nach: Die Ingenieure mischen Nanopartikel hochreinen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs und lassen diese Mischung durch Licht – mittels Stereolithografie – an bestimmten Stellen aushärten. Ein Laser bestrahlt die Oberfläche entsprechend der Kontur des Druckobjekts und härtet es zu einem festen Kunststoff aus.

Nach jeder Bestrahlung fährt die Bauplattform tiefer in das Bad – Schicht für Schicht, solange, bis das Objekt fertig ist. Der in dieser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff wird anschließend durch Erhitzen entfernt.

„Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen, sie ist zwar geformt, aber instabil“, erklärt Rapp. „Deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert, also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen.“ Übrig bleibt das fertige Objekt aus hochreinem Quarzglas. Glasbauteile zu strukturieren sei fast so einfach wie Kekse zu backen, schreiben die Forscher.

Zu sehen ist die Technik auch auf der Hannover Messe 2017, die vom 24. bis 28. April stattfindet (Halle 2, Stand B16).

Weitere interessante Berichte zur Hannover Messe finden Sie hier.

 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.