Forskare från Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM har utvecklat en ny process som kan böja glasskivor för att producera kantiga hörn. Till skillnad från konventionella processer, detta försämrar inte glasets optiska egenskaper. Böjt glas ser ut att spela en nyckelroll i framtida byggnadsdesign, och det finns också potentiella tillämpningar inom medicinsk teknik och industriell design.

Generellt, fönsterglas är platt. När man bygger väggar i en byggnad, öppningar lämnas därför för att fönster senare ska sättas in. Ibland, dock, smarta kontorsblock och flerbostadshus har fönster som lindas runt strukturens hörn. För att uppnå detta, fönstertillverkare sammanfogar två glasrutor i en vinkel, med antingen en metallprofil eller en bindemedel. Nu, dock, forskare från Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM i Freiburg har utvecklat ett spektakulärt sätt att böja glasskivor - till vinklar på 90 °, till exempel - så att det därigenom bildade hörnet är skarpt och kantigt. Med andra ord, de har gjort hörnet till en integrerad del av ett enda glasskiva. "Vi har redan fått mycket positiv feedback från arkitekter, säger Tobias Rist, en specialist på glasformning på Fraunhofer IWM och chef för gruppen för glasformning och bearbetning. "Många av dem är nu angelägna om att veta när detta hörnglas kommer att finnas tillgängligt. Men vårt labsystem bearbetar bara glasskivor på en kvadratmeter i storlek , så vi kan bara ta fram prototyper. "Forskargruppen är därför ivriga att gå samman med partners och skala upp processen för att producera större format.

Glas med ett kantigt hörn på 90 °

Maskiner för böjning av glas finns naturligtvis redan. Nuvarande teknik, dock, är oförmögen att producera smala krökningar eller en renkantad böjning på 90 °. Vad mer, konventionella processer försämrar ofta glasets optiska egenskaper. För att böja ett glasskiva, den läggs i en metallform och värms sedan upp igen. Detta gör glaset mjukt och formbart, så att den kan formas enligt formens konturer. Detta kan göra att glaset deformeras vid kontaktpunkterna med stödet. Så när glaset har svalnat, svaga avtryck kvarstår som är synliga vid inspektion på nära håll. Dessutom, formningsprocessen får korrugeringar att bildas på glasytan, med resultatet att ljuset inte längre reflekteras enhetligt. När förbipasserande tittar på de böjda delarna av en byggnads glasfasad, reflektionerna av föremål som träd eller gatuskyltar verkar därför förvrängda. Liknande, föremål som ses inifrån byggnaden ser märkligt skeva ut.

Specialugn utvecklad internt

Teamet från Fraunhofer IWM har kringgått detta problem genom att utveckla sin egen ugn. Istället för att värma hela glasskivan tills det blir mjukt, endast det område av glaset där den faktiska böjningen ska ske värms upp till den punkten. Detta görs med laser och speglar, som styr den kraftfulla balken längs böjlinjen. Ugnen värms till cirka 500 ° Celsius, strax under den så kallade glasövergångstemperaturen, då blir glaset mjukt. "Och då behöver lasern bara värma upp glaset vid det relevanta området med några grader tills det når glasövergångstemperaturen, och vi kan böja det, "Förklarar Rist. I det här fallet, böjning sker med hjälp av tyngdkraften. I ugnen, glasskivan vilar på ett stöd som bara sträcker sig så långt som linjen för den framtida böjningen. När lasern har värmt glaset längs denna linje, glasskivan blir mjuk och böjer sig rent genom tyngdkraften. Eftersom endast böjlinjen är uppvärmd tills den är mjuk, snarare än hela arket, det finns inga avtryck skapade där arket vilar på stödet. Med andra ord, glaset förblir helt slätt förutom där det har böjts.

Graduerad böjradie för smörgåsstrukturer

Vid utvecklingen av processen, forskarna konstruerade först sofistikerade datormodeller av böjningsprocessen. Detta visade dem hur snabbt lasern måste färdas för att säkerställa att glaset blir mjukt på önskat sätt och så enhetligt som möjligt. Eftersom glas är en dålig värmeledare, det var också viktigt att beräkna hur snabbt värmen från lasern tränger in från ytan till inuti glaset och i vilken utsträckning värmen från lasern sprids i sidled från laserpunkten till glasskivan. Beväpnad med den kunskap som erhållits från modelleringsprocessen, forskarna började sedan experimentera. "Vi vet nu hur man styr lasern för att böja glas med önskad tjocklek för att uppnå den exakta vinkeln - eller böjningsradien - vi vill, "säger Rist." Vi är de första som kan producera en 90 ° böj så här. Arkitekter som har sett resultaten är verkligen glada. "Dessutom, processen kan också användas för att böja en serie glasskivor till specifika, graderade radier för att producera smörgåsstrukturer och laminerade ark, säkerhet och isolerglas.

Enligt Rist, det finns potentiella tillämpningar inom många andra områden förutom arkitektur också - inklusive industriell design. Till exempel, denna teknik kan användas för att täcka hushållsapparater med ett kontinuerligt hölje av glas, istället för den vanliga kombinationen av plast- och metallplåtar. Denna glashud sträcker sig ner från toppen till den vinklade fronten på apparaten, utan luckor eller leder, och täck över en pekskärmspanel. En sådan design skulle inte bara vara mycket attraktiv utan också enkel att rengöra på grund av den gapfria ytan.

Av hygienskäl, glas är också ett idealiskt material för tillverkning av medicinsk utrustning. Stål, däremot, är relativt lätt att repa. Hög värme eller starka desinfektionsmedel krävs sedan för att utrota bakterierna som kan ansamlas i den upptagna ytan. Utrustning med glasyta är mycket lättare att rengöra, inte minst för att glas är mycket motståndskraftigt mot repor och tål aggressiva rengöringsmedel. "Med hjälp av vår process, det skulle vara möjligt att tillverka ett enda glasmantel för att täcka ovansidan och sidorna på sådan utrustning, "säger Rist." Och detta skulle också undvika kanter eller leder där bakterier kan bygga upp. "Faktum är att det finns en mängd applikationer där det här nya glaset skulle vara fördelaktigt, inklusive butiksinredning som vitrinskåp och kylbänkar. Rist och hans team är därför angelägna om att arbeta med tillverkare från en mängd olika sektorer.