Glass3D

Gestaltung von Glas im 21. Jahrhundert: Additive Fertigung von transparenten Glasobjekten

In der Produktion von technisch funktionalen Glasobjekten und komplex Glasformen besteht ein hoher Bedarf an neuen Fertigungstechnologien. Optischen Komponenten, wie komplexe lichtleitende Strukturen, adaptierte, miniaturisierte Linsen und Spiegel sowie Bauteile zur optischen Datenverarbeitung benötigen eine hohe optische Transparenz und sind aufgrund von materiellen und technologischen Einschränkungen mit herkömmlichen Fertigungstechnologien nicht umsetzbar. Im Rahmen des Projektes Glass3D wird an neuen Materialien und Methoden zur Herstellung von optisch hoch transparenten Glasobjekten mittels additiver Fertigungstechnologien geforscht. Untersucht werden die drei additiven Fertigungstechnologien Binder Jetting – BJ, Digital Light Processing – DLP sowie Direct Melt Printing – DMP.

In der Additiven Fertigung erfolgt die Generierung des Bauteils schichtweise. Der Unterschied zwischen den drei Verfahren beruht jeweils auf dem Ausgangsmaterial und dem jeweiligen Bindungsmechanismus:

  • Beim BJ wird der Flüssigbinder selektiv in die zuvor aufgetragene Partikelschicht eingedruckt.
  • Beim DLP erfolgt die Bauteilgenerierung durch lokales Verfestigen von Monomer-Flüssigharzen unter Einwirkung von Laserlicht.
  • Beim DMP wird das Glaspulver aufgeschmolzen und mit einer Düse lokal extrudiert.

Mit dem DMP sind bisher lediglich grobe, große Objekte fertigbar. Vorab ist der Glasrohstoff mittels Zerkleinern, Mahlen und Sieben aufwändig aufzubereiten, womit hohe Energiekosten und Materialverschleiß einhergehen. Ziel ist die direkte und präzise Verarbeitung des Glasrohstoffes, energieeffizient unmittelbar in der additiven Fertigungseinrichtung.

Mittels der Stereolithographie bzw. dem DLP und dem Binder Jetting sind grundsätzlich wesentlich feinere Strukturen mit höheren Auflösungen herstellbar, wobei Binder Jetting zudem durch hohe Druckgeschwindigkeiten hervorsticht. Diese Verfahren erfordern die Entwicklung neuer Ausgangswerkstoffe, d.h.  Harze (DLP) und Matrix-Binder-Zusammensetzungen (BJ) als Basis für optische Glaskomponenten. Für alle Technologien sind zudem umfassende Neu- und Weiterentwicklungen auf Maschinenseite erforderlich.

Mit den bisher verfügbaren Methoden weisen die additiv gefertigten Glasobjekte häufig interne Defekte wie Blasen und Grenzflächen auf, welche unerwünschte Lichtbrechungen hervorrufen. Die mechanischen Eigenschaften und die Transparenz werden dadurch stark beeinträchtigt. Das Projekt Glass3D adressiert ebenfalls die Reduzierung besagter Defekte und ermöglicht durch Fachbereich- und Länderübergreifende Kooperation die flexible Fertigung komplexer, transparenter Glasbauteile.

Projektpartner
TU Bergakademie Freiberg, Institut für Glas und Glastechnologie (IGT), Deutschland
Hebräische Universität Jerusalem (HUJI), Israel

Projektlaufzeit
06/2021 – 05/2024

Förderung
Die Maßnahme wird mitfinanziert mit Steuermitteln auf Grundlage des von Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes (SAB). Das Gesamtvorhaben wird durch das europäische Netzwerk M-ERA.NET unterstützt, welches nationale, internationale und regionale Forschungsprogramme koordiniert.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Henning Zeidler

Prof. Dr.-Ing. Henning Zeidler


Professurinhaber

Karl-Kegel-Bau, Agricolastr. 1, Zimmer 90

Telefon +49 3731 39 3066
Fax +49 3731 39 3658
henning [dot] zeidleratimkf [dot] tu-freiberg [dot] de



Inhaber der Professur für Additive Fertigung
Meike Denker, M.Sc.

Meike Denker, M.Sc.


Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Karl-Kegel-Bau, Agricolastr. 1, Zimmer 93

Telefon +49 3731 39 2526
Fax +49 3731 39 3658
meike [dot] denkeratimkf [dot] tu-freiberg [dot] de



Projektkoordinatorin Glass3D
Dipl.-Ing. Moritz Lamottke

Dipl.-Ing. Moritz Lamottke


Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Karl-Kegel-Bau, Agricolastr. 1, Zimmer 105

Telefon +49 3731 39 3107
Fax +49 3731 39 3658
moritz [dot] lamottkeatimkf [dot] tu-freiberg [dot] de