3D-Druck : Nano-3D-Druck: Klein, kleiner, Upnano

In die Industrie wächst der Trend der Miniaturisierung. Die Nachfrage nach immer kleineren und leistungsstärkeren Komponenten steigt. Die Größe einzelner Teilchen reicht dabei von der Mikro- bis Mesoskala. In puncto Auflösung und Geschwindigkeit ist die effiziente und wirtschaftliche Fertigung solcher Teilchen anspruchsvoll. Mikrospritzguss oder herkömmliche 3D-Druckverfahren stoßen dabei aber immer häufiger an ihre Grenzen. Upnano will mit seiner Technologie eine Lösung für die Serienfertigungen anbieten.

Mit der Technologie von Upnano können Objekte mit einer Größe von 100 nm bis über 20 mm gedruckt werden. Das Druckverfahren ist dabei bis zu 100-mal schneller als herkömmliche 3D-Drucksysteme, die bisher im Einsatz sind. Der Geschäftsführer, Bernhard Küenburg, ist überzeugt, dass mit Upnano technologische Grenzen überschritten werden können und sich ein Universum der Kleinstbauteile eröffnet. Die additive Technologie wurde an der TU Wien entwickelt. Das Unternehmen ging 2018 als Spin-Off hervor und ist heute auf die Serienfertigung von Mikrobauteilen spezialisiert. Die Wiener machen Strukturdetails, kleiner einem Mikrometer, möglich. Ein USP am Markt, denn Mikrodrucke in Serienfertigung dieser Art waren lange Zeit nicht denkbar. Die Durchsatzmengen der Druckverfahren waren zu gering und die Kosten zu hoch. Daher weckt die patentierte Technologie von Upnano besonders das Interesse der Industrie. Mit einem besonders guten Stückpreis rücken die Wiener 3D-Druck-Spezialisten dem Traum einer wirtschaftlichen Serienreife immer näher. Dem voraus gingen zahlreiche internationale Forschungsprojekte und Machbarkeitsstudien im Medizin- und Pharmabereich.

Das hochauflösende Drucksystem – sprich die Hardware – trägt den Namen NanoOne. Das patentierte Verfahren arbeitet mit der 2-Photonen-Polymerisation und ermöglicht die Serienfertigung von Mikrobauteilen in höchster Auflösung. Somit lassen sich komplexe Strukturen oder kleinste Partikel herstellen. Konventionelle, werkzeugbasierte Fertigungsverfahren, wie Mikrospritzguss, können vergleichbare Toleranzbereiche oft nicht umsetzen. Auf den ersten Blick lässt sich ein kompakter 3D-Drucker (70x60x50cm) im Format eines herkömmlichen Bürodrucker erkennen. Was man dem Drucker nicht sofort ansieht ist, dass Mikrobauteile bis zu 100-mal schneller gedruckt werden als vom Mitbewerb.

Im Vergleich zu anderen Nano-3D-Druckern, sticht das System mit der erzielten Durchsatzmenge im Marktsegment der hochauflösenden Drucksysteme hervor. Küenburg ist überzeugt: „Nano-3D-Druck geht noch schneller.“ Die Wiener arbeiten deshalb an einem noch effizienteren Weg für die Serienfertigung von hohen Stückzahlen. Gehen dabei aber neue Wege. Wer so kleine Teile druckt, dem wird ein Staubkorn zum Feind. Deshalb arbeiten vergleichbare Drucksysteme häufig in einer staubfreien Umgebung. Upnano begegnet dem Problem anders. Das Drucksystem benötigt nämlich keine sterile Außenumgebung. Die Wiener arbeiten mit einem steril belüfteten Probenraum, der im Drucker integriert ist.

Die Wiener haben dabei viele verschiedene Anwendungsgebiete für sich entdeckt. Das reicht von Elektronik und Mikrooptiken bis hin zu biokompatiblen Anwendungen in der Zellforschung. Die Technologie von Upnano findet sich überall dort, wo hochpräzise Mikrobauteile in kleinsten Dimensionen benötigen werden. Das Material für den Druck kann direkt von dem Spin-Off der TU Wien bezogen werden. Die Auswahl der Materialen reicht von Photopolymeren und Sol-Gel Hybridpolymeren bis hin zu Hydrogel-Materialien. Letzteres eignet sich für biomedizinische Anwendungen. Damit lassen sich selbst lebendige Zellen drucken, sogenanntes Bioprinting. Dabei können die Zellen vor dem Druck in das Material eingemischt oder auf dem fertigen Bauteil angesiedelt werden. Eine Innovation, die vor allem für den Bereich der Zell- und Gewebeforschung interessant ist.

In der Industrie wird der Nano-3D-Druck etwa für die Herstellung von extrem kleinen Düsen oder Referenzmaterial, zur Messung von Volumenströmen, angewendet. Die Technologie eignet sich auch um Partikel mit besonderen Eigenschaften herzustellen. Diese Partikel werden etwa Lacken beigemischt und in der Verpackungsindustrie für Nano-Labeling verwendet. Nano-Labeling soll die Rückverfolgbarkeit von Bauteilen vereinfachen. Mit dieser Technologie werden Bauteile intelligent und zu unsichtbaren Trägern von Information. Die Wiener sind stark mit internationalen Forschungsinstitutionen vernetzt. Es bleibt spannend, wie sich die Komplettlösung im Desktopformat am Markt durchsetzen wird.