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02.06.2020

Von Nano bis Zentimeter im 3D-Druck

Testbare ISO-Prüfkörper aus 2-Photonen-Polymersation

Weltweit erstmals ist es nach Unternehmensangaben gelungen, Zentimeter-große Prüfkörper für Materialspezifikationen nach ISO-Standards mittels einer 3D-Drucktechnologie herzustellen, die gleichzeitig auch eine Auflösung von 200 Nanometern erlaubt. Die UpNano GmbH aus Wien verwendete dazu eine ihrer spezifischen Photopolymere auf ihrem kommerziell verfügbaren NanoOne-Drucker. So können nun Prüfkörper in der für ISO-Tests notwendigen Größe und Form hergestellt werden.

Bislang galt es für 3D-Drucker, die mit 2-Photonen-Polymerisation (2PP) eine Auflösung unterhalb der Mikrometer-Schwelle erreichen, als unmöglich, Bauteile zu drucken, die so groß sind, dass sie für ISO-Standardtests verwendet werden können. Die patentgeschützte „Adaptive Auflösungstechnologie“ der UpNano macht dieses nach Unternehmensangaben nun in Verbindung mit einem leistungsstarken Laser möglich – und damit die Herstellung von Nano- und Mikrobauteilen für Industrie und Hochschulen mit Materialien, die nach ISO-Standards spezifiziert sind.

Bei dem adaptiven Verfahren passt sich die Größe des Laserfokuspunkts an die erforderliche Geometrie des Bauteils und an die Auflösung an. „Dies ermöglicht es den Anwendern, je nach Bedarf Probekörper mit 100-nm-Details oder auch in Zentimetergröße herzustellen“, erklärt Peter Gruber, Leiter Technologie und Mitbegründer der UpNano, die im September 2018 als Spin-Out der TU Wien entstand.

Probekörper bis 3,5 cm Länge mit Zwei-Photonen-Polymerisation

Hochauflösender 3D-Druck erlaubt es Bauteile herzustellen, die kleiner und präziser sind als dies mit irgendeinem anderen traditionellen Herstellungsverfahren möglich ist. Je bekannter allerdings das Potenzial dieser Technologie wird, desto mehr benötigen Industrie und Forschungseinrichtungen weltweit verlässliche Informationen zur Qualität der zahlreichen unterschiedlichen Materialien, die für Anwendungen zum Einsatz kommen können.

Die meisten Standardverfahren zur Materialspezifikation erfordern Prüfkörper, die wesentlich größer sind als die mit 2-Photonen Polymerisation bislang druckbaren Objekte. „Wir haben nun die Fähigkeit unseres Systems genützt, um Biegefestigkeits-Probekörper mit 2 cm Länge und Zugsfestigkeits-Probekörper mit 3,5 cm Länge zu drucken“, so Gruber.

Kleinserie in weniger als 10 Stunden

Unter Verwendung des universell einsetzbaren Photopolymers UpPhoto konnte UpNano 30 Biegefestigkeits-Probekörper mit unterschiedlichen Querschnitten als Kleinserie auf einem einzigen Probenhalter in weniger als 10 Stunden herstellen, ebenso 12 Zugfestigkeits-Probekörper in einem Druckprozess mit einer standardisierten Geometrie in weniger als 9 Stunden. Mit dieser Geschwindigkeit ist das System nach Herstellerangaben das schnellste derzeit auf dem Markt verfügbare hochauflösende 3D-Drucksystem. Diese Anzahl an Prüfkörpern soll serielle Testungen mit statistisch soliden Ergebnissen und so die Materialprüfung nach ISO-Standards möglich machen.

„Der Mangel an standardisierten Materialien ist ein ernsthaftes Hindernis beim Einsatz hochleistungsfähigen 3D-Drucks für industrielle Anwendungen“ , betont Bernhard Küenburg, Geschäftsführer der UpNano. „Dezentralisierte Produktionsprozesse der weltweiten Industrie sowie Gewährleistungsrechte basieren auf Standards und Normen. Wenn das eigene Material oder Gerät in dieses ausgefeilte System nicht hineinpasst, dann mag es zwar für Prototypen geeignet sein, aber nicht für die serielle Produktion.“

3D-Druck mit lebenden Zellen

Das NanoOne-System wird bereits in der Forschung genutzt: Erst kürzlich verkaufte UpNano ein Drucksystem an die Medizinische Universität Wien. Der Einsatz des Photopolymers UpBio ermögliche es, mit dem NanoOne-Drucksystem auch filigrane Strukturen herzustellen, wie sie in der biomedizinischen Forschung als Gerüste, Membranen oder Mikrokanäle benötigt werden, so dass sich sogar eingebettete, lebende Zellen für Forschungszwecke herstellen lassen. (kk)

Weiterführende Information
  • Erschienen am 27.06.2019

    Oberflächen in optischer Qualität additiv fertigen

    Zwei-Photonen-Polymerisation für die Mikrofabrikation

    Mit einem auf der Laser World of Photonics mit dem Innovation Award ausgezeichneten Lithografiesystem lassen sich winzige Kunststofflinsen maskenlos industriell produzieren.   mehr

    Nanoscribe GmbH

  • Erschienen in Kunststoffe 02/2019

    Fertigung von 3D-Strukturen mit Mikrometerpräzision

    Drucker für die hochaufgelöste 3D-Mikrofabrikation

    Mit dem Nachfolgemodell Photonic Professional GT2 von Nanoscribe können erstmals 3D-Strukturen in Millimetergröße mit Mikrometerpräzision gefertigt werden.   mehr

    Nanoscribe GmbH

  • 11.03.2018

    Erfolgreicher Technologietransfer im Mikro-3D-Druck

    DPG-Auszeichnung für Nanoscribe und KIT

    Die Einrichtungen erhielten die Auszeichnung für die Übertragung von wissenschaftlichen Erkenntnissen auf dem Gebiet der 3D-Laserlithographie in die wirtschaftliche Verwertung – insbesondere zur Fabrikation von Mikro- und Nanostrukturen.   mehr

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