Spritzgussbauteile aus Glas – ein neues Verfahren

Glas einfach und schnell mittels Spritzguss formen – dafür haben die Universität Freiburg und das Start-up Glassomer ein Verfahren entwickelt.

„Seit Jahrzehnten ist Glas oft zweite Wahl bei der Materialfrage in Herstellungsprozessen, da die Verfahren zur Formgebung zu kompliziert, energieintensiv und ungeeignet sind, um hochaufgelöste Strukturen herzustellen“, erklärt Professor Bastian E. Rapp vom Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg sowie Mitgründer und Chief Technical Officer (CTO) von Glassomer. Die Formgebung von Glas beruht hauptsächlich auf Prozessen wie dem Schmelzen, Schleifen oder Ätzen. Diese Prozesse sind technologisch anspruchsvoll, energieintensiv und im Hinblick auf die realisierbaren Formen stark eingeschränkt.

„Kunststoffe hingegen erlauben all dies, jedoch sind ihre physikalischen, optischen, chemischen und thermischen Eigenschaften Gläsern unterlegen. wir haben die Kunststoff- und die Glasverarbeitung miteinander verbunden. Mit unserem Verfahren werden wir sowohl Massenprodukte als auch komplexe Kunststoffstrukturen und -bauteile schnell und kostengünstig durch Glas ersetzen können“, so Rapp.

Transparente Gläser konnten bislang nicht mit Spritzguss geformt werden. Mit der neuen Spritzgusstechnologie des Freiburger Start-ups Glassomer aus einem selbstentworfenen speziellen Granulat ist es nun möglich, Gläser ebenfalls im Hochdurchsatz bei nur 130 °C zu formen. Die spritzgegossenen Komponenten werden anschließend in einer Wärmebehandlung in Glas umgewandelt: Das Resultat ist reines Quarzglas. Dieser Prozess benötigt weniger Energie als das herkömmliche Glasschmelzen, wodurch mit ihm Energie eingespart werden kann. Die resultierenden Glasbauteile weisen eine hohe Oberflächengüte auf, so dass Nachbehandlungsschritte wie zum Beispiel Polieren nicht erforderlich sind.

Die neuartigen Designs, welche durch die Glasspritzgusstechnologie von Glassomer ermöglicht werden, haben ein breites Anwendungsspektrum von Datentechnologie, Optik und Solartechnik bis hin zu einem so genannten Lab-on-a-Chip und Medizintechnik. „Wir sehen großes Potenzial insbesondere für kleine Hightech-Glaskomponenten mit komplizierten Geometrien. Neben der Transparenz macht auch der sehr geringe Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas diese Technologie interessant. Sensoren und Optiken arbeiten bei jeder Temperatur zuverlässig, wenn die Schlüsselkomponenten aus Glas bestehen“, erklärt Dr. Frederik Kotz, Gruppenleiter an der Professur für Prozesstechnologie und wissenschaftlicher Leiter von Glassomer. „Wir haben zudem zeigen können, dass mikrooptische Glasbeschichtungen den Wirkungsgrad von Solarzellen steigern können. Mit dieser Technologie können jetzt kostengünstige Hightech-Beschichtungen mit hoher thermischer Stabilität hergestellt werden. In der Industrie gibt es dafür eine Vielzahl von Möglichkeiten.“

Das Team um Kotz und Markus Mader, Doktorand der Professur für Prozesstechnologie, lösten bisher bestehende Probleme beim Spritzguss von Glas wie Porosität und Partikelabrieb. Darüber hinaus wurden wichtige Prozessschritte des neuen Verfahrens auf Wasser als Basismaterial ausgelegt, wodurch die Technologie umweltfreundlicher und nachhaltiger wird.

Glassomer setzt handelsübliche Spritzgießmaschinen ein. Das junge Freiburger Unternehmen positioniert sich dabei als Hersteller spritzgegossener Glaskomponenten.

Kunststoff statt Glas – auch das ist aktuell ein Trend, etwa bei LED-Scheinwerfern: Im Forschungsprojekt Optisys werden Mehrschichtlinsen mit Spritzgießmaschinen gefertigt.

Außerdem lässt sich auf Spritzgießmaschinen auch Metall verarbeiten, wie Anwendungen etwa von Engel und Yizumi zeigen.

sk