I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la meccanica dei materiali IWM hanno sviluppato un nuovo processo in grado di piegare lastre di vetro per produrre angoli angolari. A differenza dei processi convenzionali, ciò non pregiudica le proprietà ottiche del vetro. Il vetro curvato sembra destinato a giocare un ruolo chiave nella futura progettazione degli edifici, e ci sono anche potenziali applicazioni nei campi della tecnologia medica e del design industriale.

Parlando in generale, il vetro della finestra è piatto. Quando si costruiscono le pareti di un edificio, vengono quindi lasciate delle aperture per l'inserimento successivo delle finestre. Occasionalmente, però, edifici per uffici intelligenti e condomini dispongono di finestre che avvolgono gli angoli della struttura. Per realizzare questo, i produttori di finestre uniscono due lastre di vetro ad angolo, utilizzando un profilo metallico o un adesivo. Ora, però, i ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la meccanica dei materiali IWM di Friburgo hanno sviluppato un modo spettacolare di piegare lastre di vetro, ad angoli di 90°, per esempio, in modo che l'angolo così prodotto sia acuto e spigoloso. In altre parole, hanno reso l'angolo parte integrante di un'unica lastra di vetro. "Abbiamo già avuto molti riscontri positivi dagli architetti, "dice Tobias Rist, uno specialista nella formatura del vetro presso Fraunhofer IWM e capo del gruppo Glass Forming and Machining." Molti di loro ora sono ansiosi di sapere quando sarà disponibile questo vetro angolare. Ma il nostro sistema di laboratorio lavora solo lastre di vetro di un metro quadrato , quindi siamo in grado di produrre solo prototipi." Il team di ricerca è quindi desideroso di unire le forze con i partner e ampliare il processo per produrre formati più grandi.

Vetro con angolo di 90°

Ovviamente esistono già macchinari per curvare il vetro. Tecnologia attuale, però, non è in grado di produrre curvature strette o una curvatura netta di 90°. Cosa c'è di più, i processi convenzionali spesso compromettono le proprietà ottiche del vetro. Per piegare una lastra di vetro, viene posto in uno stampo di metallo e poi riscaldato. Questo rende il vetro morbido e malleabile, in modo che possa essere modellato secondo i contorni dello stampo. Ciò può causare la deformazione del vetro nei punti di contatto con il supporto. Quindi una volta che il vetro si è raffreddato, rimangono sbiadite impronte visibili se ispezionate a distanza ravvicinata. Inoltre, il processo di stampaggio provoca la formazione di ondulazioni sulla superficie del vetro, con il risultato che la luce non viene più riflessa in modo uniforme. Quando i passanti guardano le parti curve della facciata in vetro di un edificio, i riflessi di oggetti come alberi o segnali stradali appaiono quindi distorti. Allo stesso modo, gli oggetti visti dall'interno dell'edificio sembrano stranamente distorti.

Forno speciale sviluppato internamente

Il team di Fraunhofer IWM ha aggirato questo problema sviluppando il proprio forno. Invece di scaldare l'intera lastra di vetro finché non diventa morbida, fino a quel punto viene riscaldata solo la zona del vetro dove deve avvenire la piegatura vera e propria. Questo viene fatto per mezzo di un laser e specchi, che guidano il potente raggio lungo la linea di curvatura. Il forno viene riscaldato a circa 500°C, appena al di sotto della cosiddetta temperatura di transizione vetrosa, a quel punto il vetro diventa morbido. "E poi il laser deve solo riscaldare il vetro nell'area interessata di qualche grado in più fino a raggiungere la temperatura di transizione vetrosa, e siamo in grado di piegarlo, " spiega Rist. In questo caso, la flessione avviene per gravità. Nel forno, la lastra di vetro poggia su un supporto che si estende solo fino alla linea della futura curva. Una volta che il laser ha riscaldato il vetro lungo questa linea, la lastra di vetro si ammorbidisce e si piega per pura forza di gravità. Poiché solo la linea della curva viene riscaldata fino a diventare morbida, piuttosto che l'intero foglio, non ci sono impronte create dove il foglio poggia sul supporto. In altre parole, il vetro rimane perfettamente liscio tranne dove è stato piegato.

Raggi di curvatura graduati per strutture sandwich

Nello sviluppo del processo, i ricercatori hanno prima costruito sofisticati modelli al computer del processo di piegatura. Questo ha mostrato loro quanto velocemente deve viaggiare il laser per garantire che il vetro diventi morbido nel modo richiesto e il più uniformemente possibile. Poiché il vetro è un cattivo conduttore termico, era anche importante calcolare la velocità con cui il calore del laser penetra dalla superficie all'interno del vetro e la misura in cui il calore del laser si diffonde lateralmente dal punto laser nella lastra di vetro. Armati delle conoscenze acquisite dal processo di modellazione, i ricercatori hanno quindi iniziato a sperimentare. "Ora sappiamo come controllare il laser per piegare il vetro dello spessore richiesto per ottenere l'angolo esatto, o raggio di curvatura, che vogliamo, " dice Rist. "Siamo i primi a poter realizzare una curva a 90° come questa. Gli architetti che hanno visto i risultati sono davvero entusiasti." Inoltre, il processo può essere utilizzato anche per piegare una serie di lastre di vetro a specifiche, raggi graduati in modo da produrre strutture sandwich e lastre di laminato, vetri di sicurezza e isolanti.

Secondo Rist, ci sono potenziali applicazioni in molte altre aree oltre all'architettura, incluso il design industriale. Per esempio, questa tecnica potrebbe essere utilizzata per rivestire gli elettrodomestici con una guaina continua di vetro, invece della solita combinazione di plastica e fogli di metallo. Questa pelle di vetro si estenderebbe dalla parte superiore alla parte anteriore angolata dell'apparecchio, senza spazi o giunti, e coprire un pannello di controllo touchscreen. Un tale design sarebbe non solo molto attraente, ma anche semplice da pulire grazie alla superficie priva di fessure.

Per motivi di igiene, il vetro è anche un materiale ideale per la fabbricazione di apparecchiature mediche. Acciaio, al contrario, è relativamente facile da graffiare. Sono quindi necessari disinfettanti ad alto calore o forti per sradicare i germi che possono accumularsi nella superficie graffiata. Le apparecchiature con superficie in vetro sono molto più facili da pulire, anche perché il vetro è molto resistente ai graffi ed è in grado di resistere a detergenti aggressivi. "Utilizzando il nostro processo, sarebbe possibile produrre un'unica guaina di vetro per coprire la parte superiore e i lati di tali apparecchiature, " dice Rist. "E questo eviterebbe anche bordi o giunture dove potrebbero accumularsi germi". c'è tutta una serie di applicazioni in cui questo nuovo vetro si rivelerebbe vantaggioso, compresi arredi per negozi come vetrine e banchi refrigerati. Rist e il suo team sono quindi desiderosi di lavorare con produttori di un'ampia varietà di settori.