Hamborgs nye konsertsal åpnet sent i fjor for å hylle seg fra arkitektkritikere over hele verden. Den skyhøye strukturen har en fasade på rundt 2000 flate og buede glassplater, noe som gir inntrykk av en bølge som er i ferd med å bryte. Men prosjektet var seks år for sent og hundrevis av millioner av euro over budsjett, med noe av overskuddet på grunn av den gamle, tidkrevende støpeteknikken som ble brukt for å kurve glasspanelene.
Relatert innhold
- Gi marinesoldater verktøy for å bygge droner på slagmarken
Men hva om glassplatene ganske enkelt kunne blitt skrevet ut med en 3D-skriver?
Inntil nå hadde ikke dette vært mulig i det hele tatt. De mest brukte 3D-utskriftsmaterialene er polymerer, og det finnes teknikker for utskrift av metaller, keramikk, betong, medisiner, til og med mat også. Men glass har nesten vært fraværende fra ligningen.
"Glass er et av de eldste materialene som menneskeheten har brukt, og det er forbausende å se 3D-trykkrevolusjonen i det 21. århundre har ignorert glass til nå, " sier Bastian Rapp, forsker ved Tysklands Karlsruhe Institute of Technology.
Rapps team har kommet med en ny teknikk for 3D-trykkglass, en som kan produsere glassobjekter som er både sterke og transparente. Teknikken benytter seg av en tradisjonell metode for 3D-utskrift som kalles stereolitografi. I stereolitografi bygger skriveren opp objekt lag for lag ved å bruke en væske - tradisjonelt en polymer - som herder når den berøres av et laserlys. Rapps team har funnet ut hvordan man gjør dette ved bruk av pulverisert glass suspendert i en flytende polymer. Når gjenstanden er skrevet ut, plasseres den i en ovn med høy temperatur, som brenner bort polymeren og smelter sammen glasspartiklene og etterlater bare herdet glass.
Det trykte glasset har høy termisk sjokkmotstand, som vist her, når det smeltede silikaglasset blir utsatt for en flamme på 800 grader. (NeptunLab / KIT) Selv om Rapps teknikk ikke er det første eksemplet på 3D-trykkglass — MIT-forskere utviklet en metode for å ekstrudere smeltet glass for to år siden, mens andre team har brukt teknikker med lavere temperatur som produserer et svakt, overskyet produkt - er det den første som skriver ut klart glass ved lave temperaturer. Det er også den første som drar nytte av vanlige, 3D-stereolitografiske skrivere utenfor hylla, noe som betyr at den kan brukes uten mye spesialutstyr.
Glass har en rekke unike egenskaper som gjør det ønskelig som 3D-trykt materiale, sier Rapp.
"Det er nesten ikke noe materiale som kan utsettes for så høye temperaturer som glass kan bli utsatt for, " sier han. "Og det er nesten ingen kjemikalier som kan angripe glass, mens polymerer kan brytes ned av UV-lys og organiske løsningsmidler."
Teamet trykket denne tredimensjonale glasskringelen. (NeptunLab / KIT) Glass har også en åpenhet uten sidestykke av andre materialer. Lys passerer ikke så godt gjennom selv den klareste plasten, og det er grunnen til at husene har glassvinduer, til tross for at de kan brytes. Kameralinser av høy kvalitet er alltid glass av denne grunn, sier Rapp, mens smarttelefonens linser vanligvis er plast.
"Dette er grunnen til at kvaliteten på bildet du tar med en smart smarttelefon sammenlignet med et kamera, alltid er dårligere, " sier Rapp.
Den nye teknikken kan brukes til å trykke nesten hva som helst, sier Rapp. Det kan brukes til små, intrikate gjenstander som smykker, linser eller datamaskindeler, eller til store gjenstander som vinduer. Den eneste variabelen er selve skriveren.
Her er en tredimensjonal struktur av en slottsport trykt i smeltet silikaglass. (NeptunLab / KIT) 3D-utskriftsteknikken har fordeler fremfor ikke-utskriftsmetoder for å lage små glassmodeller ved at den ikke krever kjemisk etsing, som bruker farlig flussyre, og at den kan ha lukkede hulrom og kanaler, noe som ikke er mulig i tradisjonelt glass -blowing. Og det har potensielt en hastighetsfordel i forhold til ikke-utskriftsmetoder for glassproduksjon.
Rapps team brukte en billig, umodifisert skriver av en type som kunne kjøpes av en hvilken som helst hjemmeentusiast.
"Det er en veletablert teknologisk plattform når det gjelder maskiner, og det er et anerkjent og kjent materiale, " sier Rapp. "Det eneste vi laget var broen i mellom."
Teamets forskning ble publisert denne måneden i tidsskriftet Nature .
Rapp har opprettet et selskap for å kommersialisere teknikken. Han håper å ha et første produkt på markedet innen utgangen av året.
