Glas is alomtegenwoordig in hightechproducten op het gebied van optica, telecommunicatie, scheikunde en geneeskunde, en in alledaagse voorwerpen zoals flessen en ramen. Echter, vormgeven van glas is voornamelijk gebaseerd op processen zoals smelten, slijpen of etsen. Deze processen zijn tientallen jaren oud, technologisch veeleisend, energie-intensief en sterk beperkt in de te realiseren vormen. Voor de eerste keer, een team onder leiding van Prof. Dr. Bastian E. Rapp van het Laboratorium voor Procestechnologie van de afdeling Microsystems Engineering aan de Universiteit van Freiburg, in samenwerking met de in Freiburg gevestigde start-up Glassomer, heeft een proces ontwikkeld dat het mogelijk maakt om gemakkelijk glas te vormen, snel en in vrijwel elke vorm door middel van spuitgieten. De onderzoekers presenteerden hun resultaten in het tijdschrift Wetenschap .

"Al decenia, glas is vaak de tweede keuze geweest als het gaat om materialen in productieprocessen omdat de vorming ervan te gecompliceerd is, energie-intensief en ongeschikt voor het maken van structuren met een hoge resolutie, " legt Rapp uit. "Polymeren, anderzijds, dit alles hebben toegestaan, maar hun fysieke, optisch, chemische en thermische eigenschappen zijn inferieur aan glas. Als resultaat, we hebben polymeer- en glasverwerking gecombineerd. Ons proces stelt ons in staat om zowel massaproducten als complexe polymeerstructuren en componenten snel en kosteneffectief te vervangen door glas."

Spuitgieten is het belangrijkste proces in de kunststofindustrie en maakt de snelle en kosteneffectieve productie van componenten in zogenaamde high-throughput mogelijk in bijna elke vorm en maat. Transparant glas kon in dit proces tot nu toe niet worden gegoten. Met de nieuw ontwikkelde Glassomer-spuitgiettechnologie uit een in eigen huis ontworpen speciaal granulaat, het is nu mogelijk om ook glas met een hoge doorvoer te vormen bij slechts 130 °C. De spuitgegoten componenten uit de 3D-printer worden vervolgens in een warmtebehandelingsproces omgezet in glas:het resultaat is puur kwartsglas. Dit proces vereist minder energie dan conventioneel glassmelten, resulterend in energie-efficiëntie. De gevormde glasdelen hebben een hoge oppervlaktekwaliteit, zodat nabehandelingsstappen zoals polijsten niet nodig zijn.

De nieuwe ontwerpen die mogelijk zijn gemaakt door Glassomer's glasspuitgiettechnologie hebben een breed scala aan toepassingen, van datatechnologie, optica en zonnetechnologie tot een zogenaamde lab-on-a-chip en medische technologie. "We zien een groot potentieel, vooral voor kleine hightech glascomponenten met gecompliceerde geometrieën. Naast transparantie, de zeer lage uitzettingscoëfficiënt van kwartsglas maakt de technologie ook interessant. Sensoren en optieken werken betrouwbaar bij elke temperatuur als de belangrijkste componenten van glas zijn, " legt Dr. Frederik Kotz uit, groepsleider bij het Laboratory of Process Technology en Chief Scientific Officer (CSO) bij Glassomer. "We hebben ook kunnen aantonen dat micro-optische glascoatings de efficiëntie van zonnecellen kunnen verhogen. Deze technologie kan nu worden gebruikt om kosteneffectieve hightech coatings te produceren met een hoge thermische stabiliteit. Er zijn een aantal commerciële kansen voor het."

Het team rond Frederik Kotz en Markus Mader, een doctoraatsstudent aan het Laboratorium voor Procestechnologie, loste eerder bestaande problemen op bij het spuitgieten van glas, zoals porositeit en slijtage van deeltjes. In aanvulling, de belangrijkste processtappen in de nieuwe methode zijn ontworpen om water als basismateriaal te gebruiken, waardoor de technologie milieuvriendelijker en duurzamer wordt.