3D Druck : Cubicure macht Spritzguss Konkurrenz

In der additiven Fertigung (Additive Manufacturing - AM) ist die Kombination aus Bauteilpräzision und Materialeigenschaften der Schlüssel zum technisch industriellen Einsatz. Im Bereich der Kunststoff-AM können derzeit nur lichthärtende (lithographische) Drucktechnologien mit dem geforderten und aus dem Spritzguss bekannten Präzisionsniveau mithalten. Die mittels lithographischem 3D-Druck hergestellten Bauteile weisen jedoch vorwiegend spröde Materialeigenschaften und/oder eine geringe Wärmeformbeständigkeit auf und bieten daher keine zufriedenstellenden Lösungen für den industriellen Produktionssektor.

Um das chemische Prozessfenster zu erweitern und die Limitationen der bisher eingesetzten Reaktivchemie zu überwinden, fand Cubicure vor allem auf Seite des Verarbeitungsprozesses eine völlig neue Lösung. In der Vergangenheit konnten verfahrensspezifisch nur sehr dünnflüssige Harzsysteme eingesetzt werden. Die Lösungssuche gipfelte in der Entwicklung der Hot Lithography, einer heißlithographischen Verfahrensart, welche bei exakt kontrollierbaren Prozessbedingungen schwer verarbeitbare und hochviskose Grundstoffe präzise zu dreidimensionalen Objekten formen kann. Cubicure bediente sich dazu bekannten Konzepten der Laser-Stereolithographie, erweiterte diese aber durch innovative Beheizungs- und Beschichtungsverfahren. Mit Präzisions-Laser-Scanner Systemen können dadurch Objektdetails mit bis zu 0,02 mm Genauigkeit aufgelöst und mit dem Spritzguss vergleichbare Oberflächenrauheiten erzielt werden.

Neben dem prozesstechnischen Knowhow liegt die Kernkompetenz von Cubicure in der Photochemie. Ein Team von aktuell acht ChemikerInnen und Polymer-WissenschaftlerInnen forscht laufend an der Erweiterung des chemischen Grundportfolios zur Schaffung technisch relevanter 3D-Druck Materialien. In diesem Streben ist das Team der Wiener nun nicht mehr allein unterwegs: Chemiespezialisten aus Industrie und Forschung haben das enorme Technologiepotential der Hot Lithography erkannt. Eine der bedeutendsten Partnerschaften konnte Cubicure mit dem Forschungsteam von Creavis, der strategischen Forschungseinheit von Evonik Industries eingehen. Seit 2017 forschen und entwickeln die Teams beider Unternehmen an der Schaffung von Elastomer-ähnlichen Kunststoffen auf Basis von Polyestern, welche nun mittels Cubicure Technologie erstmals einsatzfähig werden. Evonik hat im Bereich der Polyester ein enormes Rohstoffportfolio vorzuweisen und die Einsatzmöglichkeit im lithographischen 3D-Druck eröffnet ein breites industrielles Anwendungsfeld. So können Bauteile mit geringerer Steifigkeit und elastomerem Verhalten mit höchster Präzision gedruckt werden, welche aktuell typischerweise aus TPE-Materialien (vernetzte thermoplastische Elastomere) gespritzt sind. Hinsichtlich Form- und Funktionsgebung erschließen sich damit Möglichkeiten für völlig neuartige Produkte in den Bereichen Sport und Freizeit (z.B. Protektoren), industrielle Dichtungsanwendungen sowie dem allgemeinen Maschinen- und Komponentenbau (z.B. Schock-Absorption, Gewichtsreduktion, Vibrationskontrolle).

Ein wesentlicher Prozessvorteil der Hot Lithography ist vor allem die Möglichkeit, zähflüssige Pasten und dadurch auch gefüllte Polymersysteme prozesssicher und mit höchster Genauigkeit zu verarbeiten. Über anorganische oder organische Füllstoffe können zusätzliche Materialeigenschaften im Kunststoff integriert werden. Einen großen Vorteil kann dies im Bereich schwer brennbarer oder selbstverlöschender Materialien darstellen. Insbesondere Anwendungen im Elektronik- und Mobilitätsbereich haben höchste Anforderungen an Material und Bauteil, wodurch dieser Sektor bisher nur in sehr geringem Ausmaß von 3D-gedruckten Teilen profitieren konnte.

Ersatzteile im Bahnbereich, aber auch Grundkomponenten elektronischer Systeme, müssen verschiedenste Zertifizierungen durchlaufen. Darunter auch die UL94, einen Test zur Brennbarkeit von Kunststoffen für Teile in Geräten und Anwendungen. Cubicure ist es nun erstmals gelungen, einen UL94-V0 zertifizierbaren und damit schwer entflammbaren Kunststoff zu entwickeln. Dieser Durchbruch kommt gerade recht: neben der Deutschen Bahn sind vor allem auch die ÖBB drauf und dran, neue und innovative Lösungen auf Basis von 3D-Drucksystemen für Fragestellungen der Ersatzteillogistik und des Obsoleszenz Managements einzusetzen. Cubicure konnte durch Achtungserfolge wie diese die Kundenbasis deutlich über Europa hinaus entwickeln: so arbeiten aktuell Konzerne sowohl aus dem Silicon Valley wie auch aus Japan mit den Hot Lithography 3D-Druckern der Wiener. Die globale Bedeutung moderner lithographischer AM-Technologien und vor allem auch die technologische Führungsposition österreichischer Entwickler in diesem Feld wird dadurch bestätigt.