De nieuwe concertzaal van Hamburg is eind vorig jaar geopend om geprezen te worden door architecten over de hele wereld. De stijgende structuur heeft een gevel van ongeveer 2.000 platte en gebogen glazen panelen, waardoor de indruk ontstaat dat een golf op het punt staat te breken. Maar het project was zes jaar te laat en honderden miljoenen euro's overschreden, met een deel van het overschot als gevolg van de oude, tijdrovende giettechniek die werd gebruikt om de glazen panelen te krommen.
gerelateerde inhoud
- Marines de tools geven om drones op het slagveld te bouwen
Maar wat als de glazen panelen eenvoudig met een 3D-printer hadden kunnen worden bedrukt?
Tot nu toe was dit helemaal niet mogelijk geweest. De meest gebruikte 3D-printmaterialen zijn polymeren en er bestaan technieken voor het printen van metalen, keramiek, beton, medicatie en zelfs voedsel. Maar glas is vrijwel afwezig in de vergelijking.
"Glas is een van de oudste materialen die de mensheid heeft gebruikt, en het is verbazingwekkend te zien dat de 3D-printrevolutie van de 21ste eeuw glas tot nu toe heeft genegeerd", zegt Bastian Rapp, een onderzoeker aan het Duitse Karlsruhe Institute of Technology.
Het team van Rapp heeft een nieuwe techniek voor 3D-printen van glas bedacht, een techniek die glazen objecten kan produceren die zowel sterk als transparant zijn. De techniek maakt gebruik van een traditionele methode van 3D-printen, stereolithografie genaamd. In stereolithografie bouwt de printer het object laag voor laag op met behulp van een vloeistof - traditioneel een polymeer - die hardt bij aanraking met een laserlicht. Het team van Rapp heeft ontdekt hoe dit te doen met behulp van poederglas gesuspendeerd in een vloeibaar polymeer. Nadat het object is bedrukt, wordt het in een oven op hoge temperatuur geplaatst, die het polymeer wegbrandt en de glasdeeltjes versmelt, waardoor alleen gehard glas achterblijft.
Het bedrukte glas heeft een hoge thermische schokbestendigheid, zoals hier wordt aangetoond, wanneer het gesmolten silicaglas wordt blootgesteld aan een vlam van 800 graden Celsius. (NeptunLab / KIT) Hoewel de techniek van Rapp niet het eerste voorbeeld is van 3D-printen van glas - MIT-onderzoekers ontwikkelden twee jaar geleden een methode voor het extruderen van gesmolten glas, terwijl andere teams technieken bij lagere temperaturen hebben gebruikt die een zwak, troebel product produceren - het is de eerste die print helder glas bij lage temperaturen. Het is ook de eerste die gebruikmaakt van gewone, standaard 3D-stereolithografieprinters, wat betekent dat hij zonder veel speciale apparatuur kan worden gebruikt.
Glas heeft een aantal unieke eigenschappen die het wenselijk maken als 3D-geprint materiaal, zegt Rapp.
"Er is bijna geen materiaal dat kan worden blootgesteld aan hoge temperaturen waaraan glas kan worden blootgesteld, " zegt hij. "En er is bijna geen chemische stof die glas kan aantasten, terwijl polymeren kunnen worden afgebroken door UV-licht en organische oplosmiddelen."
Het team heeft deze driedimensionale glazen krakeling afgedrukt. (NeptunLab / KIT) Glas heeft ook een transparantie die ongeëvenaard is door andere materialen. Licht gaat niet zo goed door zelfs de helderste kunststoffen, wat de reden is dat huizen glazen ramen hebben, ondanks hun breekbaarheid. Hoogwaardige cameralenzen zijn om deze reden altijd glas, zegt Rapp, terwijl de lenzen van smartphones meestal van plastic zijn.
"Daarom is de kwaliteit van de foto die u met een geavanceerde smartphone maakt in vergelijking met een camera altijd inferieur", zegt Rapp.
De nieuwe techniek kan worden gebruikt om bijna alles af te drukken, zegt Rapp. Het kan worden gebruikt voor kleine, ingewikkelde objecten zoals sieraden, lenzen of computeronderdelen, of voor grote objecten zoals vensters. De enige variabele is de printer zelf.
Hier is een driedimensionale structuur van een kasteelpoort gedrukt in gesmolten silicaglas. (NeptunLab / KIT) De 3D-printtechniek heeft voordelen ten opzichte van niet-printmethoden om kleine glazen modellen te maken, omdat het geen chemisch etsen vereist, waarbij gevaarlijk waterstoffluoride wordt gebruikt, en dat het gesloten holtes en kanalen kan hebben, wat niet mogelijk is in traditioneel glas -blowing. En het heeft mogelijk ook een snelheidsvoordeel ten opzichte van niet-printmethoden voor glasproductie.
Voor hun onderzoek gebruikte het team van Rapp een goedkope, ongewijzigde printer van het type dat door elke thuisliefhebber kon worden gekocht.
"Het is een gerenommeerd technologisch platform op het gebied van machines en het is een bekend en bekend materiaal", zegt Rapp. "Het enige dat we maakten was de brug ertussenin."
Het onderzoek van het team werd deze maand gepubliceerd in het tijdschrift Nature .
Rapp heeft een bedrijf opgericht om de techniek te commercialiseren. Hij hoopt tegen het einde van het jaar een eerste product op de markt te hebben.
