Szkło jest jednym z najtrudniejszych materiałów do druku 3D. Mimo, że wielu producentów proponowało autorskie metody wytwarzania addytywnego z tego wymagającego materiału żadna z nich nie zyskała większej popularności, a koncept wytwarzania addytywnego przezroczystych modeli ze szkła wydawał się być nieosiągalny. Do czasu.
Naukowcom z Politechniki Federalnej w Zurychu udało się opracować metodę wytwarzania przyrostowego złożonych struktur szklanych, wykorzystując proces utwardzania światłem UV specjalnej żywicy. Jak dotąd, nie udało się opracować wydajnej metody druku 3D ze szkła, która pozwoliłaby na tworzenie zaawansowanych struktur przestrzennych.
W swoim artykule o druku 3D z szkła Wojtek Lipiński tłumaczył, dlaczego tak trudne jest uzyskanie przezroczystych wydruków 3D ze szkła:
„Szkło jest plastyczne tylko w bardzo wysokiej temperaturze, a w przypadku prób druku technikami SLA albo DIW uzyskuje się cząstki krzemionki unieruchomione w polimerowej matrycy. W procesie wypalania surowych wydruków konieczne jest pozbycie się matrycy i spojenie cząstek SiO2 w jednorodną masę, co, zwłaszcza jeśli szklany element ma być przezroczysty, wymaga bardzo precyzyjnego dobrania warunków i jest znacznie trudniejsze od wypalania ceramiki. Teoretycznie możliwa jest obróbka szkła drukowanego w technologii FDMo-podobnej, tak by stało się przezroczyste, ale wygładzenie powierzchni wydruku wymaga żmudnego polerowania, stosowania diamentowych narzędzi i toksycznych odczynników.”
Metoda opracowana przez naukowców z Zurychu wykorzystuje technologię bazująca na DLP. Tajemnicą techniki jest jednak specjalnie opracowany materiał światłoutwardzalny wzbogacony o cząsteczki tworzywa sztucznego i organiczne molekuły, z którymi związane są prekursory szkła. Szczegółowy opis tworzywa dostępny jest w czasopiśmie naukowym Natural Materials.
Materiał utwardzany jest światłem UV, a w efekcie warstwa po warstwie powstają porowate wydruki 3D z żywicy wzbogacanej cząsteczkami szkła. Naukowcom udało się również (zupełnie przypadkowo) zauważyć ciekawą zależność pomiędzy natężeniem światła a wielkością porów – im słabsze jest natężenie światła, tym większa jest średnica powstających porów.
Dodatkowo, badacze mogą modyfikować strukturę przestrzenną wydruku 3D warstwa po warstwie poprzez mikroskładniki domieszkowane do materiału żywicznego. Według twórców metody w jednym procesie wytwórczym można wykorzystać różne typy materiałów, co poszerza zakres potencjalnych zastosowań szklanych wydruków 3D.
Następnie wydruk musi zostać poddany post-processingowi, czyli dwukrotnemu wygrzaniu – najpierw w temperaturze 600˚C w celu wypalenia polimerowego szkieletu, a następnie w 1000˚C, aby zagęścić strukturę chemiczną szkła. Po zakończeniu procesu elementy kurczą się, zyskując jednocześnie przezroczystość i wytrzymałość porównywalną do szyby okiennego.
Metoda druku 3D ze szkła nadaje się do tworzenia skomplikowanych, ale niewielkich elementów. Jak mówią twórcy, pracując nad techniką nie rozważali możliwości jej przeskalowania. Jak się jednak okazuje, ich technologia ma szansę znaleźć zastosowanie w praktyce – wniosek patentowy został już złożony, a naukowcy są w trakcie prowadzenia negocjacji z dużym szwajcarskim sprzedawcą szkła, który chce wdrożyć technologię w procesach produkcyjnych w swojej firmie.
Źródło: ethz.ch
