Hij bouwde in zijn eigen studio een kleine glasoven naar het voorbeeld van Harvey Littleton in Amerika, om daarmee studioglaskunst te maken. Vroeger was het de kunstenaar die het ontwerp maakte en de glasblazer die er vorm aan gaf. Dankzij de uitvinding van een klein, verplaatsbaar smeltoventje dat in het eigen atelier gebruikt kon worden, kreeg de kunstenaar de onbeperkte vrijheid om zelf met het materiaal glas te werken en te experimenteren.
Valkema kwam in 1943 in contact met Andries Copier, die in 1940 de opleiding van de Glasfabriek Leerdam had opgericht, de 'Glasschool'. Tot 1948 was Valkema daar docent algemene esthetische vorming en bracht hij de leerlingen vormenleer, beeldende kunst en meteen ook enthousiasme voor glas bij.
In de vijftiger en zestiger jaren van de 20e eeuw maakte Sybren Valkema als freelancer diverse ontwerpen unica, serica en gebruiksglas voor de Glasfabriek Leerdam. In tegenstelling tot zijn voormalige leerlingen Willem Heesen, Floris Meydam en Gerard Thomassen was zijn productie niet groot, maar vooral gericht op het vergroten van de technische mogelijkheden van glas in het bedrijf.
In 1969 richtte Valkema de glasafdeling van de Gerrit Rietveld Academie op. Hij was tot 1980 docent en directielid op de Rietveldacademie. Deze opleiding was de eerste in Europa en is belangrijk geweest voor het naoorlogse ‘vrije glas'. Valkema bedacht de term vrij glas voor door kunstenaars ontworpen en vervaardigd glas.
Na zijn pensionering in 1980 trok Valkema langs glasstudio's in binnen- en buitenland om samen met zijn vakgenoten te werken en experimenteren.
