Il vetro è onnipresente nei prodotti ad alta tecnologia nei settori dell'ottica, telecomunicazioni, chimica e medicina, e in oggetti di uso quotidiano come bottiglie e finestre. Però, la formatura del vetro si basa principalmente su processi come la fusione, molatura o incisione. Questi processi sono vecchi di decenni, tecnologicamente impegnativo, energivori e fortemente limitati nelle forme realizzabili. Per la prima volta, un team guidato dal Prof. Dr. Bastian E. Rapp del Laboratorio di Tecnologia di Processo presso il Dipartimento di Ingegneria dei Microsistemi dell'Università di Friburgo, in collaborazione con la start-up di Friburgo Glassomer, ha sviluppato un processo che permette di formare facilmente il vetro, rapidamente e in quasi tutte le forme utilizzando lo stampaggio a iniezione. I ricercatori hanno presentato i loro risultati sulla rivista Scienza .

"Per decenni, il vetro è stato spesso la seconda scelta quando si tratta di materiali nei processi produttivi perché la sua formazione è troppo complicata, energivori e inadatti alla realizzazione di strutture ad alta risoluzione, " spiega Rapp. "Polimeri, d'altra parte, hanno permesso tutto questo, ma il loro fisico, ottico, le proprietà chimiche e termiche sono inferiori al vetro. Di conseguenza, abbiamo combinato polimeri e lavorazione del vetro. Il nostro processo ci consentirà di sostituire in modo rapido ed economico con il vetro sia i prodotti di massa che le complesse strutture e componenti polimerici".

Lo stampaggio a iniezione è il processo più importante nell'industria delle materie plastiche e consente la produzione rapida ed economica di componenti nella cosiddetta elevata produttività in quasi tutte le forme e dimensioni. Il vetro trasparente non poteva essere modellato in questo processo fino ad ora. Con la nuova tecnologia di stampaggio a iniezione Glassomer da uno speciale granulato progettato internamente, ora è possibile stampare anche il vetro ad alta produttività a soli 130 °C. I componenti stampati a iniezione della stampante 3D vengono quindi convertiti in vetro in un processo di trattamento termico:il risultato è puro vetro di quarzo. Questo processo richiede meno energia rispetto alla fusione del vetro convenzionale, con conseguente efficienza energetica. I componenti in vetro formato hanno un'elevata qualità superficiale, in modo che non siano necessarie fasi di post-trattamento come la lucidatura.

I nuovi design resi possibili dalla tecnologia di stampaggio a iniezione del vetro di Glassomer hanno una vasta gamma di applicazioni dalla tecnologia dei dati, ottica e tecnologia solare a un cosiddetto lab-on-a-chip e tecnologia medica. "Vediamo un grande potenziale soprattutto per i piccoli componenti in vetro high-tech con geometrie complicate. Oltre alla trasparenza, anche il bassissimo coefficiente di dilatazione del vetro al quarzo rende la tecnologia interessante. I sensori e le ottiche funzionano in modo affidabile a qualsiasi temperatura se i componenti chiave sono in vetro, " spiega il dottor Frederik Kotz, capogruppo presso il Laboratory of Process Technology e Chief Scientific Officer (CSO) di Glassomer. "Siamo stati anche in grado di dimostrare che i rivestimenti in vetro micro-ottico possono aumentare l'efficienza delle celle solari. Questa tecnologia può ora essere utilizzata per produrre rivestimenti ad alta tecnologia convenienti con un'elevata stabilità termica. Esistono numerose opportunità commerciali per esso."

Il team attorno a Frederik Kotz e Markus Mader, uno studente di dottorato presso il Laboratorio di Tecnologia dei Processi, risolto problemi precedentemente esistenti nello stampaggio a iniezione del vetro come la porosità e l'abrasione delle particelle. Inoltre, le fasi chiave del processo nel nuovo metodo sono state progettate per utilizzare l'acqua come materiale di base, rendendo la tecnologia più rispettosa dell'ambiente e sostenibile.