Der 3D-Druck ist inzwischen mit den unterschiedlichsten, auch außergewöhnlichen Materialien möglich. DEMCON besitzt auf diesem Gebiet bereits Erfahrung durch die Entwicklung eines Multi-Metalldruckers und eines Druckers für hochwertige Kunststoffe. Das 3D-Drucken mit Glas ist eine neue Herausforderung, denn das Ergebnis ist – nach dem Schmelzen des Glases zu einer zähen Flüssigkeit und dem Aushärten – im Falle dünnwandiger Produkte sehr zerbrechlich. Philips Lighting Winschoten (inzwischen von der deutschen Firma QSIL übernommen) stellte sich bei DEMCON mit einem selbst konstruierten 3D-Glasdrucker vor, einem funktionellen Modell für die manuelle Prozessforschung. QSIL ist ein führender Hersteller von Quarz- und Spezialglas. QSIL wendete sich an DEMCON mit der Bitte, für die systematische Prozessforschung und den automatisierten Druck von Demo-Objekten eine 2.0-Version zu entwickeln.
Der Drucker besteht aus einem Druckkopf, in dem Glas geschmolzen wird, und einer Plattform, die unter dem Glasfaden, der aus dem Druckkopf austritt, eine Bewegung in drei Ebenen ausführt, um das gewünschte Produkt herzustellen. Eine wesentliche Voraussetzung für ein gutes Endergebnis ist die Kontrolle der Temperatur des schmelzenden Glases im Druckkopf (1600 bis 1700 °C), aber auch der Druckplattform und der Umgebungsatmosphäre (sauerstoffarm zur Vermeidung von Korrosion). Bei zu schneller Abkühlung kann sich im Endprodukt eine Spannung aufbauen. Darum dürfen sich Plattform und Atmosphäre auf maximal 700 °C erhitzen.
DEMCON brachte Druckkopf und Plattform in einem Ofen unter, entwarf eine robuste Konstruktion und automatisierte sowohl die Bewegung als auch die Temperaturregelung. Wichtige Punkte dabei waren die mechanische Stabilität der Anordnung, die Präzision des Drucks und die Sicherheit des Maschinenbedieners. Eine Rahmenbedingung war das Interfacing mit den vorhandenen Einrichtungen bei QSIL, darunter die HF-Einheit für die Erhitzung des Glases mittels Induktionsstrom im Druckkopf. Eine XYZ-Stage wurde außerhalb des Ofens aufgestellt und über eine Durchführung mit der Plattform verbunden. DEMCON koppelte die Steuerung an einen sogenannten Slicer, der ein CAD-Modell in druckbare Dateien umwandelt.
Das System ist mit Heizgeräten und Kühlern ausgestattet, die eine ausgewogene Temperaturregelung ermöglichen; ein Pyrometer überwacht die Temperatur des Druckkopfs. Der Stickstoff, der kontinuierlich in den Ofen geblasen wird, wird vorgewärmt, um Temperaturschwankungen zu vermeiden. Angesichts der hohen Prozesstemperaturen war die Wärmeausdehnung ein wichtiger Entwurfsaspekt. Anhand von Simulationen wurden die Entwurfsentscheidungen auf dem Gebiet der Hardware (Material) und Software (eventuelle Ausgleichsoperationen) überprüft.
DEMCON übernahm den gesamten Prozess von der Spezifikation, dem Entwurf und dem Design bis zur Montage, dem Test und der Installation beim Kunden. Das Unternehmen verfügte aus früheren 3D-Druck-Projekten bereits über Erfahrung auf dem Gebiet der Temperaturregelung, der sauerstoffarmen Umgebungen und der Betriebssysteme. Die höheren Temperaturen im Glasdrucker erforderten allerdings moderne Regelungs- und Sicherheitsstrategien. So waren beim Auftrag von QSIL typische DEMCON-Kompetenzen wie Mechatronik, Thermodynamik, Werkstoffkunde und Produktion gefragt.
