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

„Glas ist seit Jahrzehnten oft die zweite Wahl als Werkstoff in Herstellungsprozessen, da die Formgebungsprozesse zu kompliziert, energieintensiv und für die Herstellung hochauflösender Strukturen ungeeignet sind“, erklärt Professor Bastian E. Rapp vom Institut für Mikrosystemtechnik an der Universität Freiburg sowie Mitbegründer und Chief Technical Officer (CTO) von Glassomer. Die Formgebung von Glas basiert hauptsächlich auf Verfahren wie Schmelzen, Schleifen oder Ätzen. Diese Verfahren sind technologisch anspruchsvoll, energieintensiv und hinsichtlich der realisierbaren Formen stark eingeschränkt.

„Kunststoffe hingegen erlauben all das, aber ihre physikalischen, optischen, chemischen und thermischen Eigenschaften sind denen von Gläsern unterlegen. Wir haben Kunststoff- und Glasverarbeitung kombiniert. Mit unserem Verfahren werden wir sowohl Massenprodukte als auch komplexe Kunststoffstrukturen und -bauteile schnell und kostengünstig durch Glas ersetzen können“, so Rapp.

Bisher konnten transparente Gläser nicht im Spritzgussverfahren geformt werden. Mit der neuen Spritzgusstechnologie des Freiburger Start-ups Glassomer aus einem speziell entwickelten Granulat ist es nun möglich, Gläser mit hohem Durchsatz bei nur 130°C zu formen. Die spritzgegossenen Bauteile werden anschließend in einer Wärmebehandlung zu Glas verarbeitet: Das Ergebnis ist reines Quarzglas. Dieser Prozess benötigt weniger Energie als herkömmliches Glasschmelzen, wodurch Energie eingespart werden kann. Die resultierenden Glasbauteile weisen eine hohe Oberflächenqualität auf, so dass Nachbehandlungsschritte wie Polieren nicht erforderlich sind.

Die neuen Designs, die durch die Glasspritzgusstechnologie von Glassomer ermöglicht werden, haben ein breites Anwendungsspektrum von der Datentechnik, Optik und Solartechnik bis hin zum sogenannten Lab-on-a-Chip und der Medizintechnik. „Gerade bei kleinen Hightech-Glasbauteilen mit komplexen Geometrien sehen wir großes Potenzial. 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 Verfahrenstechnik und wissenschaftlicher Direktor von Glassomer. „Wir konnten auch zeigen, dass mikrooptische Glasbeschichtungen die Effizienz von Solarzellen steigern können. Mit dieser Technologie lassen sich nun kostengünstige Hightech-Beschichtungen mit hoher thermischer Stabilität herstellen. Dafür gibt es in der Industrie verschiedene Möglichkeiten. "

Das Team um Kotz und Markus Mader, Doktorand an der Professur für Verfahrenstechnik, löste Probleme, die es bisher beim Spritzgießen von Glas gab, 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 verwendet handelsübliche Spritzgussmaschinen. Das junge Freiburger Unternehmen positioniert sich als Hersteller von spritzgegossenen Glaskomponenten.

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