Hochpräziser 3D-Druck

Unter der Vielzahl an verschiedenen additiven Fertigungstechnologien und -systemen für Kunststoffe sind die lichthärtenden Verfahren, speziell die Stereolithographie (SLA), hervorragend geeignet, um die höchstmögliche Auflösung und Oberflächenqualität von gedruckten Bauteilen zu erzielen. SLA-Prozesse basieren auf dem Prinzip der Photopolymerisation von Harzen.

Ein Laser belichtet die Oberfläche eines lichtempfindlichen, flüssigen Harzes und härtet es Schicht für Schicht zu einem dreidimensionalen Bauteil aus. Seit Erfindung und Kommerzialisierung in den frühen 1980er Jahren sind die resultierenden Materialeigenschaften die größte Herausforderung der SLA basierenden Technologien. Konventionelle, niedrigviskose Harze für die SLA reagieren zu sehr steifen und spröden oder zu weichen Bauteilen mit sehr geringen thermischen Eigenschaften. Aus diesem Grund sind die gefertigten Bauteile nur zu einem geringen Maß für technische Anwendungen einsetzbar.

Mit neuen Eigenschaften

Das Ziel des Unternehmens Cubicure GmbH, ein Spin-off der TU Wien, ist die additive Fertigung von Kunststoffteilen mit sehr guten Materialeigenschaften wie hohe Bruchzähigkeit und hohe Wärmeformbeständigkeit mit gleichzeitig höchster Oberflächenqualität. Die Bauteile sollen für industrielle Anwendungen mit spritzgegossenen Teilen beispielsweise aus Polypropylen (PP) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS) vergleichbar sein.

2015 begann Cubicure mit der Entwicklung neuer Harzsysteme. Um thermoplast-ähnliche Eigenschaften zu erreichen, werden hochviskose Harze eingesetzt, die in konventionellen SLA Maschinen nicht verarbeitet werden können. Aus diesem Grund entwickelte Cubicure parallel zu neuen Materialien auch ein innovatives additives Fertigungsverfahren, um diese hochviskosen Substanzen verarbeiten zu können.

Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der Viskosität von Flüssigkeiten wird ein beheizter Prozess unter dem Namen Hot Lithography eingesetzt. Mit dieser Technologie ist die Verarbeitung von hochmolekularen Harzen in einem präzisen 3D-Druckverfahren und damit die Fertigung von Bauteilen mit höchster Qualität möglich.

3D-Drucker mit Prozesssicherheit

2017 wurde der erste Hot-Lithography-3D-Drucker von Cubicure vorgestellt. Caligma 200 ist konzipiert für die Kombination aus Flexibilität bei der Materialauswahl und höchstmöglicher Prozesssicherheit.

Die Maschine kann Photopolymere nahezu unabhängig von deren Viskosität bei Temperaturen bis 120 Grad Celsius verarbeiten, wodurch auch neue, bislang nicht verarbeitbare Materialsysteme eingesetzt werden können. Die Maschine besitzt einen Bauraum von 200 x 100 x 300 Kubikmillimeter und eine Auflösung von maximal zehn Mikrometern in allen drei Raumrichtungen.

Je nach Größe der Teile ermöglicht diese Bauplattformgröße die Herstellung von funktionalen Prototypen mit geringer Losgröße, die vor allem zur Beschleunigung von Produktentwicklungsprozessen und damit zur Verkürzung der Time-to-Market eingesetzt werden. Insbesondere bei Kleinteilen ist auch eine Serienproduktion von Endprodukten von mehreren hundert oder sogar tausend Stück pro Jahr möglich.

Innovative Photopolymere

Form allein erfüllt keine Funktion – bei Industrieprodukten ist ein hochqualitatives Material Voraussetzung. Die Anforderungen sind so vielseitig wie die Produktionsumgebung selbst.

Cubicure entwickelt neue Materialien und verbreitert so die Anwendungs- und Industriefelder. Bei Prozessen, die auf Photopolymerisation basieren, wird während des 3D-Drucks nicht nur eine Form generiert, sondern gleichzeitig entstehen auch die Materialeigenschaften. Aus diesem Grund ist ein tiefes Verständnis der Struktureigenschafts-Beziehungen notwendig, um Materialeigenschaften verbessern zu können. Ein F&E-Schwerpunkt liegt auf der Modifizierung von Photopolymeren in Richtung hohe Bruchzähigkeit und hohe Wärmeformbeständigkeit.