LU500066B1 - Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Herstellens eines Rohlings aus einer Materialmischung, die Glaspartikel aus wenigstens einem Glasmaterial und wenigstens ein weiteres Material, das kein Glas ist. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Entfernens wenigstens eines Teils des weiteren Materials aus dem Rohling und den Schritt des Sinterns des Rohlings bei einer Sintertemperatur, die über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. Schließlich beinhaltet das Verfahren den Schritt des In-Kontakt-Bringens des Rohlings mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

Description

20.04.2021 084A0008LU 1 LU500066 Beschreibung Titel: Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes. Aus US 8,991,211 ist ein Verfahren zur Herstellung von Glasartikeln mit einem breiten Spektrum an geometrischen Formen, einschließlich Formen, die bisher nur schwer oder gar nicht monolithisch hergestellt werden konnten, bekannt. Die Glasartikel werden hergestellt, indem zunächst der entstehende Glasartikel aus Glaspulver und einem Bindemittel unter Verwendung eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt wird, gefolgt vom Sintern des Glasartikels bei einer Temperatur, die mehrere hundert Grad über der Glasübergangstemperatur der Glaspulverzusammensetzung liegt, während der entstehende Glasgegenstand in einem Bett aus einem inerten Pulver mit einer hohen Fließfähigkeit gehalten wird.

Aus DE 10 2016 012 003 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkd&rpers aus hochreinem, transparentem Quarzglas mittels additiver Fertigung bekannt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines besonders widerstandsfähigen Glasgegenstandes anzugeben, der eine weitgehend beliebige Form aufweisen kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das folgende Schritte beinhaltet: a. Herstellen eines Rohlings aus einer Materialmischung, die Glaspartikel aus wenigstens einem Glasmaterial und

20.04.2021 084A0008LU 2 LU500066 wenigstens ein weiteres Material, das kein Glas ist, beinhaltet, b. Entfernen wenigstens eines Teils des weiteren Materials aus dem Rohling, c. Sintern des Rohlings bei einer Sintertemperatur, die Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, d. In-Kontakt-Bringen des Rohlings mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine AbkUhlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass, insbesondere vollkommen transparente, Glasgegenstände unter Anwendung von Herstellverfahren, wie sie insbesondere aus der Kunststoffverarbeitung und aus dem Rapid-Prototyping bekannt sind, hergestellt werden können. Im Ergebnis sind widerstandfähige und robuste Glasgegensitände mit räumlichen Formen realisierbar, de mit den herkömmlichen Glasbearbeitungsmethoden nicht erzielbar sind.

Insbesondere ist es beispielsweise ermöglicht, eine Materialmischung als Ausgangsmaterial zu verwenden, die Glaspartikel beinhaltet und die sich auf Grund des wenigstens einen weiteren Materials wie ein Kunststoff verhält, wobei zunächst durch Formgebung ein Rohling hergestellt wird, der anschließend zu einem, vorzugsweise reinen, Glasgegenstand umgesetzt wird. Die Formgebung kann Insbesondere mittels 3D-Druck, Abguss, Spritzguss, Rotationsguss oder Prägung (wie beispielsweise bei Kunststoffen), insbesondere bei Temperaturen unter 150 Grad erfolgen.

084A6008LU 3 LU500066 Das weitere Material der Materialmischung kann insbesondere ein Material sein, welches durch Beaufschlagung mit Licht aushärtbar ist. Eine solche Materialmischung eignet sich insbesondere dazu, den Rohling mittels Laser-Stereolithografie herzustellen.

Die Erfindung hat insbesondere den ganz besonderen weiteren Vorteil, dass sogar vergleichsweise kostengünstiges Glasmaterial, wie beispielsweise einfaches Gebrauchsglas, insbesondere Behdlterglas, als Ausgangsmaterial verwendet werden kann, um im Ergebnis besonders bruchfeste Glasgegenstände zu erhalten. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass die gemäß dem erfindungsgemdBen Verfahren hergestellten Glasgegenstände bruchfester sind, als Vergleichsglasgegenstände gleicher Form aus demselben Glasmaterial, die auf andere Weise hergestellt wurden. Die Erfindung hat insbesondere den ganz besonderen Vorteil, dass die Glasgegenstände auf Grund der erhöhten Bruchfestigkeit zum Erreichen einer ausreichenden Stabilität eine geringere Wandstärke aufzuweisen brauchen, als Glasgegenstände aus demselben Glasmaterial, die auf andere Weise hergestellt wurden. Abgesehen davon, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Formen realisierbar sind, die mit herkömmlichen Glasverarbeitungsverfahren nicht erzielbar sind, hat dies zur Folge, dass bei der Herstellung der Glasgegenstände gegenüber herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellten Glasgegenständen Glas eingespart werden kann. Insbesondere können die erfindungsgemäß hergestellten Glasgegenstände daher ein geringeres Eigengewicht aufweisen, als herkömmlich aus demselben Glasmaterial hergestellte Glasgegenstände. Es wurde insbesondere erkannt, dass besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn der Rohling nach dem Sintern nicht schlagartig auf Raumtemperatur abgeschreckt wird und auch nicht langsam, beispielsweise bei Umgebungstemperatur, auskühlt. Vielmehr wird eine besonders große Bruchfestigkeit dadurch erzielt, dass der Rohling mit dem

084A6008LU 4 LU500066 flüssigen Abkühlmittel in Kontakt gebracht wird, das eine AbkUhlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

Es wurde weiter erkannt, dass die anfängliche Abkühlrate im Wesentlichen durch die Differenz zwischen der Primärtemperatur und der Abkühlmitteltemperatur sowie durch den materialspezifischen Wärmeübergangskoeffizient bestimmt ist. Insbesondere werden besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Bruchfestigkeit erzielt, wenn die Primärtemperatur und die Abkühlmitteltemperatur derart gewählt werden, dass die anfängliche Abkühlrate im Bereich vom 80 Kelvin bis 120 Kelvin pro Sekunde liegt, insbesondere im Bereich vom 90 Kelvin bis 110 Kelvin pro Sekunde liegt, oder 100° Kelvin pro Sekunde beträgt. Bei einer besonderen Ausführung ist die anfängliche Abkühlrate nicht geringer als 80 Kelvin pro Sekunde, Insbesondere nicht geringer als 100 Kelvin pro Sekunde. Das Glasmaterial kann vorteilhaft beispielsweise ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas sein. Insbesondere Alkali-Erdalkali-Silikatglas hat den besonderen Vorteil, dass es kostengünstig erhältlich ist, aber dennoch mit dem erfindungsgemäBen Verfahren zu besonders bruchfesten Glasgegenständen verarbeitet werden kann. Insbesondere bei der Verwendung von Alkali-Erdalkali- Silikatglas als Glasmaterial kann die Primärtemperatur vorteilhaft im Bereich vom 700 °Celsius bis 760 °Celsius, insbesondere im Bereich von 720 °Celsius bis 740 °Celsius liegen. Entsprechend kann die Abkühlmitteltemperatur, insbesondere wenn es sich bei dem Abkühlmittel beispielsweise um ein geschmolzenes Salz, wie beispielsweise geschmolzenes Natriumsalz oder geschmolzenes Kaliumsalz handelt, im Bereich von 350 °Celsius bis 500 °Celsius, Insbesondere im Bereich vom 390

084A6008LU LU500066 °Celsius bis 450 °Celsius oder im Bereich von 420 °Celsius bis 440 °Celsius liegen, insbesondere um die oben genannte, vorteilhafte Abkühlrate zu erzielen.

5 Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt das In-Kontakt- Bringen durch ein Eintauchen des gesinterten Rohlings in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet. Es ist alternativ beispielsweise auch möglich, dass das In-Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt.

Es ist Insbesondere möglich, den Rohling unmittelbar nach dem Sintern mit dem Abkühlmittel in Kontakt zu bringen. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich der Rohling nach dem Sintern, beispielsweise auf Grund seines Eigengewichts, ungewollt verformt. Es ist, Insbesondere wenn diese Gefahr nicht besteht, jedoch auch möglich, den Rohling in mehreren Abkühlschritten abzukühlen, wobei einer der Abkühlschritte das In-Kontakt- Bringen des Rohllings mit dem flüssigen Abkühlmittel beinhaltet. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Rohling bei einer Sintertemperatur gesintert und in einem ersten Abkühlprozess außerhalb eines Abkühlbades bis zum Erreichen einer Zwischentemperatur abgekühlt. Sobald Zwischentemperatur erreicht ist, wird der Glaskörper mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht, beispielsweise in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, eingetaucht. Besonders gut reproduzierbare Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Zwischentemperatur höchstens 30 Grad Kelvin unter und höchstens 10 Grad Kelvin über dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt oder wenn die Zwischentemperatur dem Littleton-Punkt entspricht.

Der Littleton-Punkt ist die Temperatur, bei der die Viskosität n 1066 Pa s (Pascal mal Sekunde) beträgt.

084A6008LU 6 LU500066 Diese Vorgehensweise bietet sich insbesondere für eine konfinuierlichen Herstellungsprozess an, bei dem gesinterte Rohlinge fortlaufend und kontinuierlich nacheinander (nachdem jeweils die Zwischentemperatur erreicht ist) mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht werden, nämlich beispielsweise in ein Abkühlbad eingetaucht werden, das das Abkühlmittel beinhaltet. Insbesondere können die gesinterten Rohlinge eine Abkühlstrecke bis zu dem In-Kontakt-Bringen, insbesondere bis zu dem Abkühlbad, durchlaufen, wobei die Abkühlstrecke, die Umgebungstemperatur und die Durchlaufgeschwindigkeit derart gewählt sind, dass die gesinterten Rohlinge jeweils genau dann an dem Ort des In- Kontakt —Bringens, insbesondere dem Abkühlbad, ankommen, wenn sie auf die Zwischentemperatur abgekühlt sind. Insbesondere können die Rohlinge kontinuierlich nacheinander durch das Abkühlbad bewegt und kontinuierlich nacheinander entnommen werden. Insbesondere kann bei einem diskontinvierlichen Herstellprozess vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere gesinterte Rohlinge einer Charge jeweils zusammen und gleichzeitig abgekühlt werden. Insbesondere kann jede Charge aufgeheizt, werden, indem eine Transporthalterung, die die Rohlinge der Charge trägt, in einen Ofen überführt wird. Anschließend kann die Transporthalterung samt den Rohlingen mit dem Abkühlmittel in Kontakt gebracht, insbesondere beispielsweise in ein Abkühlbad eingetaucht, werden.

Insbesondere bei herzustellenden Glaskôrpern, die eine Wanddicke bzw. eine Dicke von mehr als 2 Millimetern, insbesondere von mehr als 3 Millimetern, aufweisen und/oder Glaskdrpern, die in unterschiedlichen Bereichen sehr unterschiedliche Wanddicken bzw. Dicken aufweisen, kann das Erhitzen zum Entfernen des weiteren Materials und/oder zum Sintern in ganz besonders vorteilhafter Weise in einem mehrstufigen, insbesondere zweistufigen, Prozess erfolgen. Insbesondere kann vorteilhaft

084A6008LU 7 LU500066 vorgesehen sein, dass der Rohling zunächst langsam auf eine erste Temperatur aufgeheizi wird und anschließend schnell auf die Sintertemperatur aufgeheizt wird. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Rohling zunächst mit einer ersten Aufheizrate auf eine erste Temperatur aufgeheizt wird und anschließend mit einer zweiten Aufheizrate, die Über der ersten Aufheizrate liegt, auf die Sintertemperatur aufgeheizt wird. Diese Vorgehensweise hat den ganz besonderen Vorteil, dass ungewollte Verformungen des Rohlings wirkungsvoll vermieden werden, da alle Bereiche des Rohlings die Sintertemperatur gleichzeitig oder wenigstens innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitfensters erreichen. Es wird so vermieden, dass die Bereiche des Rohlings, die sich schneller aufheizen lassen sich bereits (ungewollt) verformen, während noch gewartet werden muss, bis andere Bereiche, die sich weniger schnell aufheizen lassen, die Sintertemperatur erreichen. Das Glasmaterial kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 58% (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen. Insbesondere ein Glasmaterial, das ein Alkali-Erdalkali-Silikatglas ist, kann vorteilhaft einen Siliziumdioxidanteil von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil und/oder Lithiumoxidanteil, im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist. Das Glasmaterial kann (alternativ oder zusätzlich) vorteilhaft einen

084A6008LU 8 LU500066 Kaliumoxidanteil von höchstens 3 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweisen. Insbesondere kann das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.

Soweit nichts anderes angegeben ist, handelt es sich bei Prozentangaben um Massenprozent. Bei dem Glasmaterial kann es sich insbesondere auch um Quarzglas handeln.

Wie bereits erwähnt, ist ein Glasgegenstand, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, ganz besonders vorteilhaft. Dies Insbesondere, weil er mit weitgehend beliebiger räumlicher Form herstellbar ist und eine besondere Bruchfestigkeit aufweist und dennoch aus einem kostengünstigen Glasmaterial hergestellt werden kann. Besonders vorteilhaft ist ein erfindungsgemäß hergestellter Glasgegenstand, der als Glasgehäuse ausgebildet ist. Ein besonderer Vorteil von derartig hergestellten Glasgehäusen ist, dass diese isolierend und resistent gegen Chemikalien sind. Darüber hinaus sind Gehäuseformen möglich, die mit herkömmlichen Glasformverfahren nicht realisierbar sind.

Insbesondere auch Sensorgehäuse können besonders vorteilhaft in erfindungsgemäßer Weise hergestellt sein. Ganz besonders vorteilhaft ist ein Sensorgehäuse für einen optischen Sensor, weil das Detektionslicht

084A6008LU 9 LU500066 durch das aus Glas hergestellte Gehäuse einfach zu dem Sensor hindurch gelangen kann. Beispielsweise kann der Glasgegenstand als Uhrengehäuse ausgebildet sein. Ein solches Gehäuse hat den Ganz besonderen Vorteil, dass die einzelnen Bauteile der Uhr, insbesondere die Zeiger oder die Anzeige, durch das Gehäuse sichtbar sind und kein separates Uhrenglas erforderlich ist. Insbesondere kann die Uhr vorteilhaft einen optischen Sensor, beispielsweis zum Messen der Sauerstoffsättigung, beinhalten, der Detektionslicht durch das Glasgehäuse hindurch empfangen kann. Die Uhr kann nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken ein Display aufweisen, wobei ein Teil des Glasgehäuses gleichzeitig auch ein Bestandteil des Displays ist. Insbesondere können die für das Display erforderlichen Komponenten auf das Glas aufgedruckt sein. Insoweit ist es vorteilhaft bei einer solchen Ausführung nicht notwendig, ein zusätzliches Display in das Gehäuse einzubauen. Vielmehr fungiert ein Teil des Gehäuses selbst als ein Teil des Displays. Eine solche Funktionsintegration unterschiedlicher Bauelemente ist ein eigenständiger Erfindungsgedanke, der auch mit Verfahren, die den Schritt des Abkühlens nicht beinhalten, realisierbar ist und der nicht auf das oben genannte Beispiel eines Uhrengehäuses beschränkt ist. Die Funktionsintegration führt dazu, dass ein Display ganz allgemein insgesamt mit weniger Verfahrensschritten hergestellt werden kann beziehungsweise unter Einbeziehung von Verfahrensschritten die zur Herstellung anderer Bauteile ohnehin erforderlich sind. Ganz allgemein kann jede Art von Funktionsglas mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt im Bereich der Pumpentechnologie. Insbesondere ist es mit der neuen Technologie

084A6008LU 10 LU500066 möglich, Pumpen herzustellen, die resistent gegen aggressive chemische Stoffe sind, die gepumpt werden sollen.

Beispielsweise kann das Pumpengehäuse aus Glas hergestellt sein.

Auch Antriebs- und/oder Getriebeteile oder ganze Getriebe oder andere Bauteile der Pumpe können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aus Glas hergestellt werden.

Nach einem weiteren eigenständigen Erfindungsgedanken können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, jedoch auch mit Verfahren, die den Schritt des Abkühlens nicht beinhalten, Gegenstände aus Glas hergestellt werden, die der Desinfizierung bedürfen.

Die Desinfizierung kann insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Beleuchtung von innen mit Licht, insbesondere mit UV-Licht, erfolgt.

Das UV-Licht zerstört schädliche Keime und Krankheitserreger auf der von Innen beleuchteten Oberfläche des Glasgegenstandes.

Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich einen robusten Griff, eine Toilettenbrille und ähnliche Gegenstände aus Glas herzustellen, die vorteilhaft einfach reinigbar und Insbesondere vorteilhaft von innen beleuchtbar sind.

Hierfür kommen ganz allgemein auch Gegenstände in Betracht, die Kontaktoberflächen aufweisen, die von Menschen angefasst werden.

Insbesondere vorteilhaft ist eine Anwendung bei medizinischen Geräten oder in Bezug auf Gegenstände in Öffentlichen Verkehrsmitteln, die von den Fahrgästen angefasst werden, wie beispielsweise Haltestangen und Haltegriffe.

Letztlich kommen auch alle Gegenstände in Betracht, die in Sffentlichen Einrichtungen angeordnet sind und von Menschen aus unterschiedlichen Haushalten angefasst werden.

Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, Getriebeeinheiten insgesamt in einem einzigen Vorgang durch 3D-Druck aus Glas herzustellen in der Weise, dass die einzelnen Zahnräder und sonstige Komponenten sich nach dem Herstellprozess relativ zueinander bewegen können.

084A6008LU 11 LU500066 Hinsichtlich des weiteren Materials gibt es keine grundsätzlichen Beschränkungen, solange das weitere Material dazu geeignet ist, als Bestandteil der Materialmischung zu einem Rohling geformt zu werden.

Das weitere Material kann in der Materialmischung in flüssiger oder in fester Form, insbesondere in Form von Partikeln, vorliegen.

Beispielsweise kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das weitere Material eine polymerisierbare Komponente und eine Polymerisationsauslôsekomponente aufweist.

Hierbei kann Insbesondere vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Polymerisationsauslösekomponente durch ein Beaufschlagen mit Wärme/- oder Licht aktivierbar ist, um eine Polymerisation der polymerisierbaren Komponente auszulösen.

Bei der polymerisierbaren Komponente kann es sich insbesondere um ein Acrylat, ganz insbesondere ein Monoacrylat oder Diacrylat, handeln.

Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft auch vorgesehen sein, dass das weitere Material Kieselsäure beinhaltet und/oder dass das weitere Material amorphe Kieselsäure-Nanopartikel mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 30 nm bis 50 nm beinhaltet.

Eine solche Materialmischung ist insbesondere dazu ausgebildet, den Rohling durch Stereolythographie, insbesondere Laser-Stereolythographie, herzustellen.

Hierbei wird die Materialmischung gezielt mittels Laserbestrahlung in den Bereichen ausgehärtet, die den Rohling bilden sollen.

Das Aushärten kann insbesondere auf dem Effekt der zwei Photonen-Absorptionen beruhen.

Das Überschüssige und nicht polymerisierte Material kann beispielsweise dadurch entfernt werden, dass der Rohling für einige Minuten in ein Lösungsmittel, beispielsweise in Methanol, eingetaucht wird.

Anschließend kann die Bindermatrix in einem thermischen Prozess, insbesondere bei einer Temperatur im Bereich von 400 Grad Celsius bis 700 Grad Celsius, insbesondere bei einer Temperatur von 600 Grad Celsius, entfernt werden.

Anschließend kann der Schritt des Sinterns erfolgen.

084A6008LU 12 LU500066 Bei einer anderen Ausführung beinhaltet das weitere Material ein Thermoplast, insbesondere ein Thermoplastgranulat oder Thermoplastkugeln. Eine solche Materialmischung kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Rohling mittels Verfahren herzustellen, wie sie bei der Herstellung von Kunststoffgegenständen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, den Rohling durch ein Spritzgussverfahren herzustellen, bei dem die Materialmischung unter Druck in eine Spritzgussform eingespritzt wird. Hierbei kann Insbesondere vorgesehen sein, dass das weitere Material während des Spritzgussvorganges schmilzt und nach einem Abkühlprozess erhärtet, so dass der Rohling anschließend der Spritzgussform entnommen werden kann. Alternativ ist beispielsweise auch eine Herstellung des Rohlings im Rotationsgussverfahren möglich, bei dem die Materialmischung in eine Rotationsgussform gefüllt wird. Die Rotationsgussform wird anschließend beheizt und rotiert. Das weitere Material der Materialmischung schmilzt an der Innenwandung der Rotationsgussform auf, so dass sich die Materialmischung an der Innenwandung der Rotationsgussform mehr und mehr anlagert. Sobald die gesamte Materialmischung angelagert ist, wird die Rotationsgussform gekühlt, wodurch das weitere Material, das die Glaspartikel umschließt, aushärtet. Nach dem Aushärten kann der Rohling aus der Rotationsgussform entnommen werden. Auch eine Kaltrotation mit einer selbsttätig aushärtenden Materialmischung ist möglich.

Hinsichtlich der Herstellung des Rohlings gibt es keine grundsätzlichen Beschränkungen. Der Rohling kann insbesondere, wie bereits erwähnt, durch additive Fertigung und/oder durch einen Umformungsprozess, wie beispielsweise Spritzgießen, hergestellt werden. Die additive Fertigung kann insbesondere einen 3D-Druck umfassen. Insbesondere kann die additive Fertigung einen Stereolithographieprozess, insbesondere einen Laser- Stereolithographieprozess, beinhalten.

084A6008LU 13 LU500066 Insbesondere ist es auch möglich, einen Rohling, der durch ein additives Verfahren und/oder durch Umformen hergestellt wurde, vorzugsweise vor dem Entfernen des weiteren Materials, weiter zu bearbeiten. Das weitere Bearbeiten kann beispielsweise durch Zerspanen, insbesondere durch Bohren, Sägen, Fräsen oder Hobeln erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Rohling durch Schleifen und/oder Stanzen weiter ZU bearbeiten.

Ganz allgemein kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Entfernen des weiteren Materials durch ein Erwärmen des Rohlings auf eine Temperatur unterhalb des Littleton-Punkts des Glasmaterials, insbesondere für einen Zeitraum im Bereich von 5 Minuten bis 600 Minuten, erfolgt.

Die Sintertemperatur kann vorteilhaft im Bereich von 700 Grad Celsius bis 1800 Grad Celsius, insbesondere im Bereich von 1100 Grad Celsius bis 1500 Grad Celsius liegen. Besonders vorteilhaft ist eine Sintertemperatur von 1300 Grad Celsius.

Das Entfernen des weiteren Materials kann Insbesondere bei Umgebungsdruck erfolgen.

Der Rohling wird vorzugsweise unter Unterdruckbedingungen gesintert. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Rohling während des Sinterns in einer Unterdruckkammer angeordnet ist und/oder dass das Sintern des Rohlings bei Unterdruck, insbesondere bei einem Druck im Bereich von 0,01 mbar bis 0,1 mbar, insbesondere bei 0,05 mbar erfolgt.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielhaft und schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zumeist mit denselben

20.04.2021 084A0008LU 14 LU500066 Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen: Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäBen Verfahrens, und Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt ganz schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren beinhaltet, eine Materialmischung 1 bereitzustellen, die Glaspartikel aus wenigstens einem Glasmaterial und wenigstens ein weiteres Material, das kein Glas ist beinhaltet.

In einem ersten Schritt erfolgt das Herstellen 2 eines Rohlings 3 aus der Materialmischung. Das Herstellen des Rohlings 3 kann insbesondere ein additives Fahren, beispielsweise einen 3D-Druck, und/oder ein Umformungsverfahren, beispielsweise einen Spritzgussvorgang, umfassen.

In einem zweiten Schritt erfolgt das Entfernen 4 wenigstens eines Teils des weiteren Materials aus dem Rohling 3. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das weitere Material chemisch herausgelöst wird und/oder dadurch, dass das weitere Material durch Beaufschlagung des Rohlings 3 mit Energie erwärmt und in flüssiger Form oder in dampfförmiger Form entweicht. Im Ergebnis liegt ein Zwischenzustands-Rohling 5 vor.

In einem weiteren Schritt erfolgt ein Sintern 6 des Rohlings bei einer Sintertemperatur, die Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

An das Sintern schließt sich ein in-Kontakt-bringen 7 des Zwischenzustands- Rohlings mit einem flüssigen AbkUhlmittel an, das eine AbkUhlmitteltemperatur aufweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens

084A6008LU 15 LU500066 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. Nach dem Sintern kann der so hergestellte Glasgegenstand, insbesondere von Resten des AbkUhlmittels, gereinigt werden. Der Glasgegenstand 12 ist gegenüber dem Rohling 3 geschrumpft. Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemdBen Verfahrens. Bei diesem AusfUhrungsbeispiel wird eine Materialmischung, 1 die Glaspartikel aus wenigstens einem Glasmaterial und wenigstens ein weiteres Material, das kein Glas ist, beinhaltet, in eine Spritzgussform 8 eingespritzt. Bei dem weiteren Material handelt es sich um ein Thermoplast. Nach einer Abklhlphase wird der auf diese Weise hergestellte Rohling 3 aus der Spritzgussform 8 entnommen.

Anschließend wird der Rohling 3 in einem Heizofen 9 überführt und erwärmt. In einer ersten Ewärmungsphase erfolgt das Entfernen wenigstens eines Teils des weiteren Materials aus dem Rohling. In einer zweiten Erwärmungsphase wird die Temperatur erhöht bis die Sinter- Temperatur erreicht wird, die Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt. In dieser zweiten Ewärmungsphase erfolgt das Sintern 6 des Rohlings

3. Anschließend wird der Rohling 3 dem Heizofen 9 entnommen und in ein AbkUhlbad 10 mit einem flüssigen AbkUhlmittel 11, das eine AbkUhlmitteltemperatur aufweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt überführt. Vorzugsweise verbleibt der Rohling 3 für einen Zeitraum von 10 bis 60 Minuten, insbesondere für einen Zeitraum von 15 bis 30 Minuten in dem Abkühlmittel. AnschlieBend wird der auf diese Weise hergestellte Glasgegenstand 12, beispielsweise in einem Reinigungsbad 13 gereinigt, wobeiinsbesondere Reste des AbkUhlmittels entfernt werden.

084A6008LU 16 LU500066 Bezugszeichenliste: 1 Materialmischung 2 Herstellen 3 Rohlings 4 Entfernen 5 Zwischenzustands-Rohling 6 Sintern 7 in-Kontakt-bringen 8 Spritzgussform 9 Heizofen 10 Abkühlbad 11 Abkühlmittel 12 Glasgegenstand 13 Reinigungsbad

Claims (1)

1. 20.04.2021 084A0008LU 17 LU500066 Patentansprüche

   1. Verfahren zum Herstellen eines Glasgegenstandes beinhaltend folgende Schritte: a. Herstellen eines Rohlings aus einer Materialmischung, die Glaspartikel aus wenigstens einem Glasmaterial und wenigstens ein weiteres Material, das kein Glas ist, beinhaltet, b. Entfernen wenigstens eines Teils des weiteren Materials aus dem Rohling, c. Sintern des Rohlings bei einer Sintertemperatur, die Uber dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt, d. In-Kontakt-Bringen des Rohlings mit einem flüssigen Abkühlmittel, das eine Abkühlmitteltemperatur ausweist, die wenigstens 200 Kelvin und höchstens 550 Kelvin, insbesondere wenigstens 200 Kelvin und höchstens 450 Kelvin, unter dem Littleton-Punkt des Glasmaterials liegt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial ein alkalihaltiges Silikatglas, insbesondere ein Alkali- Erdalkali-Silikatglas, ganz insbesondere ein Kalk-Natron-Glas, oder ein Borosilikatglas oder ein Alumosilikatglas ist.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Siliziiumdioxidanteil von mehr als 58 % (Massenprozent) und von weniger als 85 % (Massenprozent), insbesondere von mehr als 70 % (Massenprozent) und von weniger als 74 % (Massenprozent) aufweist.

   20.04.2021 084A0008LU 18 LU500066

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Alkalioxidanteil, insbesondere Natriumoxidanteil und/oder Lithiumoxidanteil, im Bereich von 5 % (Massenprozent) bis 20 % (Massenprozent), insbesondere im Bereich von 12 % (Massenprozent) bis 13,5 % (Massenprozent) aufweist.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil von höchstens 7 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 1 % (Massenprozent), aufweist oder dass das Glasmaterial einen Kaliumoxidanteil im Bereich von 0,5% (Massenprozent) bis 0,9 % (Massenprozent) aufweist.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial einen Bortrioxidanteil von weniger als 15 % (Massenprozent), insbesondere von höchstens 5 % (Massenprozent), aufweist.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasmaterial Quarzglas ist.

   8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Material einen polymerisierbare Komponente und eine Polymerisationsauslösekomponente aufweist.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisationsauslösekomponente durch ein Beaufschlagen mit Wärme und/oder Licht aktiviert wird und eine Polymerisation der polymerisierbaren Komponente auslöst.

   10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die polymerisierbare Komponente ein Acrylat, insbesondere ein Monoacrylat oder ein Diacrylat, ist.

   20.04.2021 084A0008LU 19 LU500066

   11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Material Kieselsäure beinhaltet und/oder das weitere Material amorphe Kieselsäure-Nanopartikeln mit einer mittleren KorngréBe von etwa 30 nm bis 50 nm Durchmesser beinhaltet.

   12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Material ein Thermoplast, insbesondere ein Thermoplastgranulat oder Thermoplastkugeln, beinhaltet.

   13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaspartikel eine Korngröße im Bereich von 1 Mikrometer bis 100 Mikrometer, insbesondere im Bereich von 3 Mikrometer bis 30 Mikrometer aufweisen.

   14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Glaspartikel als Kugeln ausgebildet sind, die einen Durchmesser im Bereich von 1 Mikrometer bis 100 Mikrometer, insbesondere im Bereich von 3 Mikrometer bis 30 Mikrometer aufweisen.

   15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Rohlings durch additive Fertigung und/oder durch einen Umformungsprozess erfolgt.

   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformungsprozess einen Spritzgussvorgang umfasst, bei dem die Materialmischung in eine Spritzgussform eingespritzt wird.

   17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformungsprozess einen Rotationsgussvorgang umfasst, bei dem die Materialmischung In einer, insbesondere beheizten, Rotationsgussform rotiert wird.

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   18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformungsprozess einen Tiefziehprozess und/oder einen Blasformprozess umfasst.

   19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die additive Fertigung einen 3D-Druck umfasst.

   20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die additive Fertigung einen Stereolithographieprozess, insbesondere einen Laser- Stereolithographieprozess beinhaltet.

   21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Rohlings ein Zerspanen, insbesondere ein Bohren, Sägen, Fräsen oder Hobeln, und/oder ein Schleifen und/oder ein Stanzen beinhaltet.

   22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanen, insbesondere ein Bohren, Sägen, Fräsen oder Hobeln, und/oder das Schleifen und/oder das Stanzen nach einem Umformungsprozess und/oder nach einem Schritt der additiven Herstellung zusätzlich erfolgt.

   23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Rohlings ein Aushärten wenigstens eines Teils des weiteren Materials umfasst.

   24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten ein Beaufschlagen der Materialmischung mit Energie, insbesondere mit Wärme und/oder Licht, umfasst.

   25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushdrten ein Abkühlen des weiteren Materials umfasst.

   20.04.2021 084A0008LU 21 LU500066

   26. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des weiteren Materials nach dem Aushärten erfolgt.

   27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des weiteren Materials durch ein Erwärmen des Rohlings auf eine Temperatur unterhalb des Littleton-Punkt des Glasmaterials, insbesondere für einen Zeitraum im Bereich von 5 Minuten bis 600 Minuten, erfolgt.

   28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Sintertemperatur im Bereich von 700 Grad Celsius bis 1.800 Grad Celsius, insbesondere im Bereich von

   1.100 Grad Celsius bis 1.500 Grad Celsius, liegt, insbesondere dass

   1.300 Grad Celsius beträt.

   29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während des Sinterns in einer Unterdruckkammer angeordnet ist und/oder dass das Sintern des Rohlings bei Unterdruck, insbesondere bei einem Druck im Bereich von 0,01 mbar bis 0,1 mbar, insbesondere bei 0,05 mbar erfolgt.

   30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen durch ein Eintauchen des Glasgegenstandes in ein Abkühlbad, das das Abkühlmittel beinhaltet, erfolgt.

   31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das In-Kontakt-Bringen durch Besprühen oder durch Berieseln mit dem Abkühlmittel erfolgt.

   32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlmittel ein Öl und/oder ein Metall und/oder eine Salzschmelze beinhaltet oder dass das Abkühlmittel ein Öl oder ein Metall oder eine Salzschmelze ist.

   20.04.2021 084A0008LU 22 LU500066

   33. Glasgegenstand hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 32.

   34. Glasgegenstand nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand ein Gehäuse ist.

   35. Glasgegenstand nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand ein Handgriff ist.

   36. Glasgegenstand nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Glasgegenstand ein Bauteil für eine Pumpe ist.

   37. Vorrichtung aufweisend einen Glasgegenstand nach einem der Ansprüche 33 bis 36 und eine Lampe, die Licht, Insbesondere UV- Licht, in das Innere des Glasgegenstandes und/oder in einem von dem Glasgegenstand umgebenen Raum abgibt.