Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) впервые разработали процесс использования стекла для 3D-печати. Ранее распространенными материалами для 3D-печати были в основном пластик и металл. Исследователи представят процесс на стенде KIT на Ганноверской ярмарке.
Междисциплинарная команда в KIT вокруг инженера-механика доктора Бастиан Э. Рапп разработал процесс, в котором наночастицы высокочистого кварцевого стекла смешиваются с небольшим количеством жидкого пластика. Они позволяют этой смеси затвердеть в определенных точках, используя свет - используя стереолитографию. Материал, который остается жидким, вымывается в ванне с растворителем, оставляя только желаемую затвердевшую структуру. Пластик, все еще смешанный с этой стеклянной структурой, затем удаляется нагреванием.
Картинная галерея
Выпекать бокал как торт
«Форма изначально напоминает песочный пирог», - объясняет Рапп. «Несмотря на то, что он имеет форму, он нестабилен, поэтому на последнем этапе стекло спекается». Во время спекания стекло нагревается до такой степени, что частицы стекла сплавляются вместе.
Использование стекла открывает множество новых возможностей: в оптике, передаче данных или биотехнологии прозрачный, термостойкий и кислотостойкий материал востребован, а мелкие филигранные детали могут быть напечатаны с использованием аддитивного производства. Под названием «Трехмерная печать из прозрачного плавленого кварцевого стекла» ученые представляют процесс в специализированном издании Nature.
Филигранные, возможно очень точные структуры
В предыдущей обработке стекла, например, плавлением и нанесением с использованием сопла, поверхность становилась шероховатой, материал был пористым и содержал пустоты. «Мы представляем метод, который означает инновации в обработке материалов», - объясняет Рапп. «Материалом изготовленного изделия является кварцевое стекло высокой чистоты с соответствующими химическими и физическими свойствами». Стеклянные конструкции, изготовленные учеными из KIT, имеют разрешение в пределах нескольких микрометров. «Размеры конструкций могут составлять несколько сантиметров», - подчеркивает Рапп.
3D-стекло может быть использовано, например, в технологии данных. «Следующее, но одно поколение компьютеров будет рассчитывать на свет, что требует сложных структур процессора. Например, с помощью 3D-технологии небольшие сложные конструкции могут быть изготовлены из множества крошечных оптически разнородных оптических компонентов », - объясняет инженер-механик. Самые маленькие аналитические системы могут быть изготовлены из миниатюрных стеклянных трубок для биологических и медицинских технологий. Кроме того, 3D-образные микроструктуры из стекла можно использовать в самых разных областях оптики, от очков с особыми требованиями до объектива камеры ноутбука.
Развитие исследователей во главе с руководителем группы Бастианом Э. Раппом стало результатом программы финансирования NanoMatFutur, с помощью которой Федеральное министерство образования и исследований (BMBF) поддерживает разработку материальных инноваций для промышленности и общества.