Hochleistungs-Kunststoff aus dem 3D-Drucker

Der 3D-Druck soll eine der großen Zukunftstechnologien werden - doch alle bisher verfügbaren 3D-Druck-Technologien haben gewisse Nachteile. Manche Druckverfahren führen zu unsauberen, rauen Oberflächen, bei anderen lassen die Materialeigenschaften der Produkte zu wünschen übrig.

Optimale Form und optimale Materialeigenschaften

"Bei der Herstellung von Prototypen oder Gebrauchsmustern spielt der 3D-Druck bereits eine zentrale Rolle", sagt Dr. Robert Gmeiner, Geschäftsführer von Cubicure. "Aber auch für alle industriellen Produkte, die in geringer Stückzahl produziert werden oder auf die individuellen Bedürfnisse des einzelnen Kunden abgestimmt werden müssen - wie zum Beispiel Bauteile im medizinischen Bereich -, bietet der hochwertige 3D-Druck tolle Möglichkeiten."

Allerdings war es bisher schwierig, alle technischen Anforderungen der Industrie gleichzeitig zu erfüllen: Einerseits möchte man Bauteile mit hoher geometrischer Präzision und guter Oberflächenqualität haben, wie sie etwa auch in gewöhnlichen Spritzgussverfahren hergestellt werden. Das gelingt im 3D-Druck mit sogenannten Stereolithographieverfahren recht gut, bei denen flüssiges Harz mit Hilfe von Licht an den gewünschten Stellen gezielt ausgehärtet wird, bis ein vollständiges 3D-Objekt entsteht. "Doch bei diesen Stereolithographieverfahren hat man oft das Problem, dass die traditionell dafür eingesetzten Materialien recht spröde sind, eine eher schlechte Schlagzähigkeit aufweisen und bei hohen Temperaturen ihre Form nicht gut halten", erklärt Prof. Jürgen Stampfl vom Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie.

An der TU Wien beschäftigt man sich schon seit vielen Jahren mit der Entwicklung von 3D-Druckverfahren und mit der Frage, welche Materialmischungen optimal für unterschiedliche 3D-Druck-Anwendungen geeignet sind. Aus dieser Forschungsarbeit ging schließlich das Spin-Off Cubicure hervor, das nun für neuartige Harze eine neue 3D-Druck-Technik entwickelt hat.

Auch bei hoher Temperatur

Der Druckprozess von Cubicure findet bei bis zu 120°C statt - und wird Hot Lithography genannt. So werden hochviskose Spezialharze gut verarbeitbar. Die Bereiche des Harzes, die ausgehärtet werden sollen, werden mit einem speziellen Laser beleuchtet. Dadurch wird eine chemische Reaktion ausgelöst, die das Harz an genau den richtigen Stellen aushärten lässt.

Nach dem Abkühlen weisen die ausgehärteten Harze dann ausgezeichnete Materialeigenschaften auf: Sie sind fest und hitzebeständig bis zu 75°C, und sie können Stöße unbeschadet absorbieren. Das Material kann hochpräzise verarbeitet werden - mit einer Auflösung von bis zu 10 µm, das ist etwa 1/6 der Dicke eines menschlichen Haares. Die Oberflächen weisen eine sehr gute Qualität auf, ähnlich wie bei Spritzgussverfahren.

"Unsere Technologie bietet für viele Anwendungsbereiche große Vorteile", sagt Dr. Markus Pfaffinger, zuständig für Business Development bei Cubicure. "Wir sehen große Chancen in Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Elektro- und Elektronikindustrie, aber auch in Maschinenbau, Feinwerktechnik und der gesamten Zulieferbranche." Cubicure bietet anwendungsspezifische Entwicklungsleistungen an. "Je nach Einsatzgebiet sind leicht unterschiedliche Harzmischungen optimal, wir arbeiten gerne mit unseren Kunden zusammen, um gemeinsam den besten Mix an Materialeigenschaften für ihre Anwendung auszuwählen." Neben hochviskosen Spezialharzen liefert Cubicure auch 3D-Drucker, welche auf Hot Lithography basieren und die neuen Materialien von Cubicure hochpräzise verarbeiten können.

Quelle: Technische Universität Wien