3D printen van glas
Een van de meest innovatieve technieken van de afgelopen jaren is het 3D-printen van glas. Hoewel het 3D-printen van materialen zoals plastic, metaal (bijvoorbeeld zilver), keramiek en beton al geruime tijd commercieel beschikbaar is, bleef glas lange tijd achter. Maar nu is ook dat mogelijk!
3D printen van glas is moeilijk
Glasbewerking vraagt om extreem hoge temperaturen. Voor standaard glas (silica lime) zijn temperaturen tussen de 1000 en 1200 graden Celsius nodig, terwijl laboratoriumglas (borosilicaat) en kwartsglas (siliciumoxide) nog hogere temperaturen vereisen, variërend van 1400 tot 1600 graden Celsius. Dit stelt hoge eisen aan de benodigde apparatuur.
Bovendien stelt glas strikte voorwaarden aan het afkoelproces (lees meer op de pagina over temperaturen). Het is daarom aanzienlijk ingewikkelder om gesmolten glas te printen. Wanneer glas te snel of onregelmatig afkoelt onder de bovenste annealtemperatuur (ongeveer 500-550 graden Celsius), ontstaat er spanning in het materiaal. Deze spanning kan ervoor zorgen dat het glas barst, soms direct, maar soms ook pas na enkele jaren.
Om deze uitdagingen op te lossen waren er lange tijd "creatieve oplossingen" nodig, zoals de technieken die we bij Glass & Art toepasten. Maar inmiddels is het mogelijk om deze problemen écht aan te pakken!
3D printen bij Glass & Art - 1
Bij Glass & Art beschikken we over meerdere 3D-printers, die we soms inzetten voor het creëren van glasobjecten. Al moet gezegd worden: we printen niet rechtstreeks met glas, we spelen een beetje met de mogelijkheden.
Er zijn twee manieren waarop we een standaard 3D-printer binnen een traditionele glasstudio kunnen gebruiken. De eerste methode ligt voor de hand: we printen met kunststof om vervolgens mallen te maken. Dit proces werkt net zoals het maken van traditionele mallen. Met behulp van de eeuwenoude verloren-was-methode kunnen we glas of brons gieten in de vorm van het 3D-geprinte object. Hoewel technisch niet baanbrekend, opent deze aanpak wel de deur naar een wereld aan nieuwe creatieve mogelijkheden! De foto's hier laten de verschillende tussenstappen zien.
3D printen bij Glass & Art - 2
De tweede manier waarop we een "normale" 3D-printer gebruiken, heeft te maken met hoe de software van een 3D-printer objecten interpreteert. Wanneer ik een 3D-ontwerp maak in software zoals Z-Brush, kan dit ontwerp niet direct worden geprint. Het model moet eerst worden "gesliced": het object wordt daarbij letterlijk in dunne laagjes opgedeeld, vergelijkbaar met hoe een MRI-scan het menselijk lichaam in plakjes weergeeft. Deze geslicede bestanden, bestaande uit 2D-laagjes, kunnen vervolgens uit glas worden gesneden. Voor het onderstaande kunstwerk heb ik dit proces toegepast. Meer dan 400 genummerde glasplaatjes werden in een zware doos bij mijn atelier afgeleverd. Na dagen van zorgvuldig lijmen ontstond er een indrukwekkend groot beeld van ongeveer 56 cm breed. De unieke ribbelstructuur zorgt ervoor dat veel mensen denken dat het rechtstreeks uit een 3D-printer komt.
Smokkel 3D printen van glas
Een innovatieve techniek voor het 3D-printen van glas, ontwikkeld in Duitsland, staat volop in de belangstelling. Deze methode is bijzonder praktisch vanwege de relatief eenvoudige apparatuur die nodig is. Bovendien biedt het een belangrijk esthetisch voordeel: de printlijnen zijn nauwelijks zichtbaar. Het proces werkt als volgt: uiterst kleine glasdeeltjes worden opgelost in een resin (een kunststof, meestal vloeibaar). Met deze resin wordt vervolgens een object geprint, dat daarna in een oven wordt geplaatst. In de oven wordt eerst de resin verbrand, waarna het object wordt verhit tot ongeveer 1000 graden Celsius. Bij deze temperatuur hechten de glasdeeltjes aan elkaar zonder dat het volledige glas smelt.
3D printen van glas: nano
Aan de Universiteit van Californië (UC) wordt dit zelfs op nanoschaal mogelijk gemaakt: deeltjes met een dikte van ongeveer één duizendste van een mensenhaar. Dit biedt prachtige mini-objecten (slechts enkele millimeters groot) die van enorme waarde zijn voor wetenschappelijk onderzoek, meetapparatuur en de ontwikkeling van nieuwe materialen uit vloeistoffen. Bekijk hier een fascinerende video:
Een nadeel is dat het materiaal aanzienlijk krimpt tijdens het uitharden van de resin en het sinterproces van het glas. Dit maakt het ideaal voor kleine, uiterst precieze prints, maar minder geschikt voor grotere prints. Het is namelijk nogal kwetsbaar.
3D printen - pioniers
Dus, hoe kun je eigenlijk écht 3D-printen met glas? Het Massachusetts Institute of Technology (MIT) heeft in de zomer van 2015 als eerste een baanbrekende techniek ontwikkeld om met gesmolten glas te printen. Hierbij werd glas verhit in een speciale oven (vergelijkbaar met een traditionele glasblaasoven) en vervolgens als een vloeibare massa (a gather) in de printer geladen. De printer werd geplaatst boven een oven die het glas constant net boven de annealtemperatuur hield, waardoor het printproces soepel kon verlopen. Na het printen koelde de oven het glas langzaam af, wat resulteerde in prachtige eindresultaten. Wel blijven de printlijnen nog duidelijk zichtbaar. Hieronder vind je een video van deze revolutionaire eerste 3D-printers:
De nadelen spreken voor zich. Met de methode van MIT heb je nog steeds drie ovens uit de glasblazerij nodig, medewerkers met basisvaardigheden in glasblazen en een aanzienlijke hoeveelheid energie. Echt efficiënt kun je dat dus niet noemen.
3D printen - het échte werk
De ontwikkelingen op het gebied van 3D-printen met glas hebben de afgelopen 10 jaar niet stilgestaan. Een van de koplopers in deze innovatieve technologie is Maple Glass. Het bedrijf heeft het proces aanzienlijk gebruiksvriendelijker en veel energiezuiniger gemaakt. Maple Glass maakt gebruik van twee ovens: de annealoven en een optionele, eenvoudige stringeroven. De stringeroven, een relatief kleine oven, produceert glasfilament. Dit koude filament kan zelfs los worden verkocht. Vergelijk het met kunststof 3D-printen: je koopt immers ook kant-en-klaar filament op rol.
Het geproduceerde, koude glasfilament wordt direct in de 3D-printer geladen. Net zoals bij kunststof printen wordt alleen de printkop verwarmd, wat enorm veel energie bespaart. De printkop werkt – vergelijkbaar met de opstelling van MIT – direct in de annealoven, waar het product langzaam afkoelt. En voilà, het 3D-geprinte glasproduct is klaar!
Op dit moment bestaat de opstelling nog uit twee stappen: filament produceren en printen. Hoewel losse glasfilamenten gekocht kunnen worden, werkt Maple Glass nu ook aan een geïntegreerd systeem voor de professionele markt. Dit systeem combineert beide processen. Je giet gerecyclede glasscherven of glasnuggets bovenin, en onderaan komt het kant-en-klare 3D-geprinte product eruit. In dit systeem is de stringeroven direct gekoppeld aan de printer. Benieuwd hoe dit werkt en wil je meer weten over de details van 3D-printen met glas? Bekijk dan deze inspirerende YouTube-video!
Experimentele glaskunst
Bij Glass & Art houden we van het ontdekken en uitproberen van innovatieve technieken. Regelmatig creëren we iets unieks en verrassends. Benieuwd wat we voor jou kunnen maken?
