Hampurin uusi konserttisali avattiin viime vuoden lopulla arkkitehtikriitikkojen suosiotaan ympäri maailmaa. Huiman nousevan rakenteen julkisivu on noin 2 000 tasomaista ja kaarevaa lasilevyä, mikä antaa vaikutelman hajoavasta aallasta. Mutta hanke viivästyi kuusi vuotta ja satoja miljoonia euroja ylitti budjetin, ja osa ylikuormituksesta johtui muinaisesta, aikaa vievästä muovatustekniikasta, jota käytettiin lasipaneelien kaarevuuteen.
Asiaan liittyvä sisältö
- Annetaan merijalkaväkelle työkalut droonien rakentamiseksi taistelukentällä
Mutta entä jos lasipaneelit olisi voitu yksinkertaisesti tulostaa 3D-tulostimella?
Toistaiseksi tämä ei olisi ollut mahdollista. Yleisimmin käytetyt 3D-tulostusmateriaalit ovat polymeerejä, ja tekniikoita on myös metallien, keramiikan, betonin, lääkkeiden ja jopa ruoan tulostamiseen. Mutta lasi on melkein poissa yhtälöstä.
"Lasi on yksi vanhimmista materiaaleista, jota ihmiskunta on käyttänyt, ja on hämmästyttävää nähdä, että 2000-luvun 3D-tulostusvallankumous on jättänyt lasin huomiotta", sanoo Saksan Karlsruhen teknillisen instituutin tutkija Bastian Rapp.
Rappin tiimi on keksinyt uuden 3D-tulostustekniikan tekniikan, jolla voidaan tuottaa sekä vahvoja että läpinäkyviä lasiesineitä. Tekniikka käyttää perinteistä 3D-tulostuksen menetelmää, nimeltään stereolitografia. Stereolitografiassa tulostin rakentaa esinekerroksen kerroksittain käyttämällä nestettä - perinteisesti polymeeriä -, joka kovettuu, kun sitä kosketetaan laservalolla. Rapin joukkue on keksinyt, kuinka tämä tehdään nestemäiseen polymeeriin suspendoidulla jauhelasilla. Kun esine on painettu, se sijoitetaan korkean lämpötilan uuniin, joka polttaa polymeerin ja sulauttaa lasipartikkelit jättäen taakse vain kovetetun lasin.
Painetulla lasilla on korkea lämpö-iskunkestävyys, kuten tässä on osoitettu, kun sulatettu silikalasi altistetaan 800 celsiusasteen liekille. (NeptunLab / KIT) Vaikka Rappin tekniikka ei ole ensimmäinen esimerkki 3D-tulostuslasista - MIT: n tutkijat kehittivät sulan lasin suulakepuristamismenetelmän kaksi vuotta sitten, kun taas muut ryhmät ovat käyttäneet matalamman lämpötilan tekniikoita, jotka tuottavat heikon, samean tuotteen - se tulostaa ensimmäisenä kirkas lasi alhaisissa lämpötiloissa. Se on myös ensimmäinen, joka hyödyntää tavallisia, hyllyltä saatavia 3D-stereolitografiatulostimia, mikä tarkoittaa, että sitä voidaan käyttää ilman paljon erikoislaitteita.
Lasilla on useita ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä toivottavaa 3D-painotuotteena, Rapp sanoo.
"Lähes ei ole materiaalia, joka altistuisi niin korkeille lämpötiloille kuin lasi, " hän sanoo. "Ja melkein ei ole kemikaaleja, jotka voisivat hyökätä lasiin, kun taas polymeerit voivat hajottaa UV-valon ja orgaanisten liuottimien avulla."
Joukkue painoi tämän kolmiulotteisen lasileirin. (NeptunLab / KIT) Lasilla on myös läpinäkyvyys, jota eivät voi verrata muihin materiaaleihin. Valo ei läpäise läheskään yhtä selvästi edes selkeimpiä muoveja, mistä syystä taloissa on lasi-ikkunat niiden murtumisesta huolimatta. Laadukkaat kameran linssit ovat tästä syystä aina lasisia, Rapp sanoo, kun taas älypuhelimien linssit ovat yleensä muovia.
"Siksi huippuluokan älypuhelimella ottamiesi valokuvien laatu on aina huonompi kuin kamerassa", Rapp sanoo.
Uutta tekniikkaa voitiin käyttää tulostamaan melkein mitä tahansa, Rapp sanoo. Sitä voidaan käyttää pienissä, monimutkaisissa esineissä, kuten koruissa, linsseissä tai tietokoneen osissa, tai suurissa kohteissa, kuten ikkunoissa. Ainoa muuttuja on itse tulostin.
Tässä on linnan portin kolmiulotteinen rakenne, joka on painettu sulatettuun silikalasiin. (NeptunLab / KIT) 3D-tulostustekniikalla on etuja verrattuna muihin kuin painatusmenetelmiin pienten lasimallien valmistamiseksi, koska se ei vaadi kemiallista syövyttämistä, joka käyttää vaarallista fluorivetyhappoa, ja että siinä voi olla suljetut onteot ja kanavat, mikä ei ole mahdollista perinteisessä lasissa -blowing. Ja sillä on mahdollisesti nopeuden etu verrattuna myös lasintuotannon muihin kuin painatusmenetelmiin.
Rappin joukkue käytti tutkimuksessaan edullista, modifioimatonta tyyppiä olevaa tulostinta, jonka jokainen kodinharrastaja voisi ostaa.
"Se on koneiden kannalta vakiintunut teknologinen alusta, ja se on tunnustettu ja tunnettu materiaali", Rapp sanoo. "Ainoa mitä teimme oli silta väliin."
Ryhmän tutkimus julkaistiin tässä kuussa lehdessä Nature .
Rapp on perustanut yrityksen tekniikan kaupallistamiseksi. Hän toivoo saavansa ensimmäisen tuotteen markkinoille vuoden loppuun mennessä.
