Wenn Glas fließt wie Tinte: Neues 3D-Druckverfahren für Glas kommt ohne Brennofen aus
Ein neu entwickeltes Laserverfahren erlaubt die direkte Herstellung von dichtem, transparentem Glas mittels additiver Fertigung, ohne den bisher üblichen, energieintensiven Brennvorgang im Ofen. Im Zentrum der Methode steht das gezielte Aufschmelzen einer Silica‑Partikeltinte mit einem fokussierten Laserstrahl, wodurch Schicht für Schicht glatte, lufteinschlussfreie Strukturen entstehen. Damit löst das Verfahren mehrere der bisherigen Beschränkungen beim 3D‑Druck von Gläsern und Keramiken: Es reduziert Prozessschritte, erlaubt lokale Materialanpassungen und eröffnet neue Möglichkeiten zur Einbettung optischer Eigenschaften direkt während des Drucks.
Verfahren setzt auf Laser statt Brennofen
Das Verfahren, oft als Laser‑Assisted Melt Printing bezeichnet, kombiniert das Auftragen einer feinen Schicht aus Glaspulver oder Partikeltinte mit einer impulsartigen Laserverschmelzung. Durch Variation von Laserleistung, Pulsdauer und Schreibgeschwindigkeit lassen sich Dichte, Oberflächenglätte und Transparenz der gedruckten Bereiche gezielt steuern. Anders als bei Verfahren, die erst nach dem Druck ein separates Sintern oder Brennen vorsehen, findet bei diesem Ansatz die Verdichtung direkt am Ort der Entstehung statt. Dadurch vermeiden die Forscher:innen die thermischen Randbedingungen und Verzahnungen, die mit einem anschließenden Ofenprozess verbunden sind, und gewinnen zugleich die Kontrolle über mikroskopische Strukturmerkmale.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft des Verfahrens ist die Möglichkeit, optische Parameter gezielt zu beeinflussen. Durch die Zugabe von Metallionen wie Gold oder Silber entstehen beim Laserschmelzen Nanopartikel, deren Größe und Verteilung das Licht selektiv streuen oder absorbieren. Wie Kolja Krohne, einer der beteiligten Wissenschaftler, zusammenfasst: „Diese Nanopartikel wirken wie winzige Filter: Sie lassen nur bestimmte Wellenlängen durch und blockieren andere.“ Auf diese Weise können Filterfunktionen, Farbverläufe oder mikroskalige Lichtlenkung bereits im Fertigungsprozess integriert werden, was für Anwendungen in optischer Sensorik oder miniaturisierten Lichtsystemen von hoher Bedeutung ist. Die Möglichkeit, Transparenz und Farbe örtlich zu variieren, erweitert das Gestaltungsfeld deutlich gegenüber traditionellen Glasfertigungsverfahren.
Neues Verfahren hat großes Potential in der Anwendung
Für die Medizintechnik ergibt sich das Potenzial, patientenspezifische, komplex geformte Implantate oder prothetische Komponenten herzustellen, bei denen Materialdichte und Oberflächenbeschaffenheit konkreten funktionalen Anforderungen genügen müssen. Leiter der Studie Dr. Leonard Siebert weist darauf hin, dass das Verfahren es erlaubt, „die physikalischen Eigenschaften wie Dichte, Glätte, Farbe und Transparenz bereits während des Drucks zu steuern“. Damit eröffnen sich Perspektiven für maßgeschneiderte keramische oder glasähnliche Komponenten, die zuvor durch die Notwendigkeit eines Ofenbrennens in ihren Gestaltungsfreiheiten eingeschränkt waren.
Jedoch sind Herausforderungen zu bewältigen, bevor eine breite industrielle Anwendung realistisch erscheint. Die Übertragung auf andere Materialsysteme, etwa technisch relevante Keramiken mit spezifischer Biokompatibilität, erfordert weitere Anpassungen. Fragen der Skalierbarkeit, Produktionsgeschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit müssen geklärt werden, ebenso wie Langzeitstabilität und Oberflächenbeständigkeit in praxisnahen Umgebungen. Zusätzlich sind Prüfroutinen zur Einhaltung medizinischer Zulassungsvorgaben notwendig, falls Implantate gefertigt werden sollen.
Trotz dieser offenen Punkte markiert das Verfahren einen technologischen Schritt: Die Direktverschmelzung erspart nicht nur einen energieintensiven Herstellungsschritt, sie ermöglicht auch eine bislang ungewohnte Kombination aus Form‑ und Materialkontrolle. Damit rückt die Herstellung funktionsintegrierter Glasbauteile in den Bereich des Möglichen und könnte in den kommenden Jahren neue Lösungen in Optik, Sensorik und Medizintechnik hervorbringen.
