Hamborgs nye koncertsal åbnede sidst på sidste år med anerkendelse fra arkitektkritikere overalt i verden. Den skyhøje struktur har en facade på ca. 2.000 flade og buede glasplader, hvilket giver indtryk af en bølge, der er ved at bryde. Men projektet var seks år for sent og hundreder af millioner af euro over budget, med noget af overskydningen på grund af den gamle, tidskrævende støbningsteknik, der blev brugt til at krumme glaspladerne.
Relateret indhold
- Giv marinesoldater værktøjer til at bygge droner på slagmarken
Men hvad nu hvis glaspladerne simpelthen kunne have været trykt med en 3D-printer?
Indtil nu ville dette overhovedet ikke have været muligt. De mest almindeligt anvendte 3D-trykmaterialer er polymerer, og der findes teknikker til trykning af metaller, keramik, beton, medicin, også mad. Men glas har næsten været fraværende fra ligningen.
"Glas er et af de ældste materialer, som menneskeheden har brugt, og det er forbløffende at se 3D-trykrevolutionen i det 21. århundrede har ignoreret glas indtil nu, " siger Bastian Rapp, en forsker ved Tysklands Karlsruhe Institute of Technology.
Rapps team er kommet med en ny teknik til 3D-trykglas, der kan fremstille glasgenstande, der både er stærke og gennemsigtige. Teknikken gør brug af en traditionel metode til 3D-udskrivning kaldet stereolitografi. I stereolitografi bygger printeren op objektlag for lag ved hjælp af en væske - traditionelt en polymer - der hærder, når den berøres af et laserlys. Rapps team har fundet ud af, hvordan man gør dette ved hjælp af pulveriseret glas suspenderet i en flydende polymer. Når genstanden er trykt, anbringes den i en ovn med høj temperatur, der brænder polymeren væk og smelter sammen glaspartiklerne og efterlader kun hærdet glas.
Det trykte glas har en høj termisk stødmodstand, som det er vist her, når det smeltede silicaglas udsættes for en flamme på 800 grader. (NeptunLab / KIT) Selvom Rapps teknik ikke er det første eksempel på 3D-trykglas - MIT-forskere udviklede en metode til ekstrudering af smeltet glas for to år siden, mens andre hold har anvendt teknikker til lavere temperatur, der producerer et svagt, overskyet produkt - er det først til at udskrive klart glas ved lave temperaturer. Det er også den første, der drager fordel af almindelige 3D-stereolitografiprintere, som betyder, at de kan bruges uden meget specielt udstyr.
Glas har en række unikke egenskaber, der gør det ønskeligt som 3D-trykt materiale, siger Rapp.
”Der er næsten intet materiale, der kan udsættes for så høje temperaturer, som glas kan udsættes for, ” siger han. "Og der er næsten intet kemikalie, der kan angribe glas, hvorimod polymerer kan nedbrydes af UV-lys og organiske opløsningsmidler."
Holdet trykte denne tredimensionelle glas kringle. (NeptunLab / KIT) Glas har også en gennemsigtighed, der ikke kan sammenlignes med andre materialer. Lys passerer ikke så godt gennem selv den klareste plast, og det er grunden til, at huse har glasvinduer på trods af deres brudbarhed. Af denne grund siger Rapp, mens kameralinser i høj kvalitet er altid glas, mens smartphones 'linser normalt er plast.
"Dette er grunden til, at kvaliteten af det foto, du tager med en avanceret smartphone sammenlignet med et kamera, altid er ringere, " siger Rapp.
Den nye teknik kunne bruges til at udskrive næsten alt, siger Rapp. Det kan bruges til små, indviklede genstande som smykker, linser eller computerdele eller til store genstande som vinduer. Den eneste variabel er selve printeren.
Her er en tredimensionel struktur af en borgport trykt i smeltet silicaglas. (NeptunLab / KIT) 3D-udskrivningsteknikken har fordele i forhold til ikke-udskrivningsmetoder til at fremstille små glasmodeller, idet den ikke kræver kemisk ætsning, der bruger farlig fluoridsyre, og at den kan have lukkede hulrum og kanaler, hvilket ikke er muligt i traditionelt glas -blowing. Og det har potentielt også en hurtig fordel i forhold til ikke-udskrivningsmetoder til glasproduktion.
Til deres forskning brugte Rapps team en billig, umodificeret printer af en type, der kunne købes af enhver hjemmentusiast.
”Det er en veletableret teknologisk platform med hensyn til maskiner, og det er et velkendt og velkendt materiale, ” siger Rapp. ”Det eneste, vi lavede, var broen imellem.”
Holdets forskning blev offentliggjort denne måned i tidsskriftet Nature .
Rapp har oprettet et firma til kommercialisering af teknikken. Han håber at have et første produkt på markedet inden udgangen af året.
