Nowa sala koncertowa w Hamburgu została otwarta pod koniec ubiegłego roku, aby zyskać uznanie krytyków architektury na całym świecie. Szybująca konstrukcja ma fasadę złożoną z około 2000 płaskich i zakrzywionych szklanych paneli, co sprawia wrażenie fali, która zaraz się załamie. Ale projekt spóźnił się o sześć lat i przekroczył budżet o setki milionów euro, a niektóre z nadwyżek wynikały ze starożytnej, czasochłonnej techniki formowania stosowanej do zakrzywiania paneli szklanych.
powiązana zawartość
- Dając marines narzędzia do budowy dronów na polu bitwy
Ale co by było, gdyby szklane panele można było po prostu wydrukować za pomocą drukarki 3D?
Do tej pory nie byłoby to w ogóle możliwe. Najczęściej stosowanymi materiałami do drukowania 3D są polimery, a także istnieją techniki drukowania metali, ceramiki, betonu, leków, a nawet żywności. Ale szkło jest prawie nieobecne w równaniu.
„Szkło jest jednym z najstarszych materiałów, jakie ludzkość zastosowała, i zdumiewające jest, że rewolucja w druku 3D XXI wieku dotychczas ignorowała szkło”, mówi Bastian Rapp, badacz z niemieckiego Instytutu Technologii w Karlsruhe.
Zespół Rapp opracował nową technikę drukowania szkła 3D, która może wytwarzać obiekty szklane, które są zarówno mocne, jak i przezroczyste. Technika ta wykorzystuje tradycyjną metodę drukowania 3D zwaną stereolitografią. W stereolitografii drukarka buduje obiekt warstwa po warstwie, używając płynu - tradycyjnie polimeru - który twardnieje pod wpływem światła laserowego. Zespół Rappa wymyślił, jak to zrobić, używając sproszkowanego szkła zawieszonego w ciekłym polimerze. Po wydrukowaniu obiekt umieszcza się w piecu wysokotemperaturowym, który wypala polimer i stapia cząsteczki szkła, pozostawiając jedynie szkło hartowane.
Drukowane szkło ma wysoką odporność na szok termiczny, jak pokazano tutaj, gdy stopione szkło krzemionkowe jest wystawione na działanie płomienia o temperaturze 800 stopni Celsjusza. (NeptunLab / KIT) Chociaż technika Rappa nie jest pierwszym przykładem szkła do drukowania 3D - naukowcy z MIT opracowali metodę wytłaczania stopionego szkła dwa lata temu, podczas gdy inne zespoły stosowały techniki o niższej temperaturze, które wytwarzają słaby, mętny produkt - to pierwsze drukują przezroczyste szkło w niskich temperaturach. Jest również pierwszym, który korzysta ze zwykłych, standardowych drukarek stereolitograficznych 3D, co oznacza, że można go używać bez specjalnego sprzętu.
Rapp mówi, że szkło ma wiele unikalnych właściwości, które sprawiają, że jest pożądany jako materiał drukowany w 3D.
„Nie ma prawie żadnego materiału, który mógłby być narażony na tak wysokie temperatury, na jakie mogłoby być narażone szkło”, mówi. „I prawie nie ma chemikaliów, które mogłyby atakować szkło, podczas gdy polimery można rozkładać pod wpływem promieniowania UV i rozpuszczalników organicznych”.
Zespół wydrukował ten trójwymiarowy szklany precel. (NeptunLab / KIT) Szkło ma także przezroczystość nieporównywalną z innymi materiałami. Światło nie przepuszcza prawie tak dobrze nawet przez najczystsze tworzywa sztuczne, dlatego domy mają szklane okna, pomimo ich pękania. Rapp twierdzi, że wysokiej jakości obiektywy aparatu są zawsze szklane, podczas gdy obiektywy smartfonów są zwykle plastikowe.
„Dlatego jakość zdjęcia zrobionego najnowocześniejszym smartfonem w porównaniu z aparatem jest zawsze gorsza”, mówi Rapp.
Rapp mówi, że nową technikę można wykorzystać do drukowania prawie wszystkiego. Może być stosowany do drobnych, skomplikowanych przedmiotów, takich jak biżuteria, soczewki lub części komputerowe, lub do dużych obiektów, takich jak okna. Jedyną zmienną jest sama drukarka.
Oto trójwymiarowa struktura bramy zamkowej wydrukowanej w topionym szkle krzemionkowym. (NeptunLab / KIT) Technika drukowania 3D ma zalety w porównaniu z niedrukowalnymi metodami wykonywania małych modeli szklanych, ponieważ nie wymaga trawienia chemicznego, w którym wykorzystuje się niebezpieczny kwas fluorowodorowy, oraz że może mieć zamknięte wnęki i kanały, co nie jest możliwe w tradycyjnym szkle -dmuchanie. Potencjalnie ma także przewagę szybkości w porównaniu z niedrukowalnymi metodami produkcji szkła.
Do badań zespół Rappa wykorzystał niedrogą, niezmodyfikowaną drukarkę typu, którą mógłby kupić każdy domowy entuzjasta.
„To ugruntowana platforma technologiczna pod względem maszynowym, a także dobrze znany i dobrze znany materiał”, mówi Rapp. „Jedyne, co zrobiliśmy, to most pomiędzy”.
Badania zespołu zostały opublikowane w tym miesiącu w czasopiśmie Nature .
Rapp stworzył firmę w celu komercjalizacji tej techniki. Ma nadzieję, że do końca roku będzie miał pierwszy produkt na rynku.
