Objektivwechsel : Ultrapräzises Herstellungsverfahren im 3D-Druck

3D-Druck mittels 2-Photonen Polymerisation (2PP) ist ein ultrapräzises Herstellungsverfahren, das bisher nur für einen eng begrenzten Größenbereich optimiert werden konnte. Außerdem nahm die Produktion von Bauteilen im Zentimeter-Bereich extrem lange Zeit in Anspruch und erschien damit für den industriellen Serieneinsatz ungeeignet. Die österreichische UpNano GmbH zeigt nun mit ihrem NanoOne-Drucksystem, dass es auch anders geht: Hochpräzise gefertigte Kunststoffbauteile mit einer Auflösung im Mikro- und Nanometerbereich werden damit wahlweise in Zenti-, Milli- oder Mikrometergröße hergestellt – und das in Minuten.

„Für unser Drucksystem haben wir eine innovative adaptive Auflösungstechnologie entwickelt und patentiert“, erklärt Peter Gruber, Leiter Technologie und Mitbegründer der UpNano. „Zusammen mit ebenfalls in-house codierten Algorithmen und vor allem mit einem eigens entwickelten optischen Aufbau können wir Laser mit einer Stärke im Watt-Bereich einsetzen. Das ist zigmal stärker als bei vergleichbaren Systemen.“ Die stärkere Laser-Power liefert auch bei Anpassung der Auflösung genügend Energie, um die notwendige Polymerisation des Druckmaterials zu erzielen.

„Ein Vorteil“, betont Bernhard Küenburg, Geschäftsführer der UpNano, „der insbesondere im Mesobereich voll zur Geltung kommt und unserem System dort wesentlich raschere Produktionen ermöglicht. Nimmt man unsere patentierte adaptive Auflösungstechnologie noch dazu, dann gelingt die Produktion von mehreren Zentimeter großen Bauteilen, die Strukturen von wenigen Mikrometern aufweisen, in sehr raschen Zyklen. Denn dieser Algorithmus erlaubt eine Aufweitung der Laser-Spotgröße bis zu Faktor 10, angepasst an die jeweilige Konfiguration des Bauteils.“ Ein einfacher Objektivwechsel (es stehen verschiedene Objektive mit einer Vergrößerung zwischen 4x und 100x zur Verfügung) ermöglicht mit demselben System auch die Herstellung von Stücken im Mikrobereich, die eine Auflösung im Nanometerbereich haben. Das NanoOne-System schafft so die Produktion von Bauteilen, deren Volumen bis zu 12 Zehnerpotenzen umfassen können: Kantenlängen im Mikrometerbereich sind genauso möglich wie im Zentimeterbereich und das bei höchster Auflösung. Und das alles in kürzester Zeit.

Anwendung findet das System in F&E und der Industrie, etwa zur Herstellung von Mikronadeln mit exakt dimensionierten und definierten Formen der Spitze, der Flüssigkeitskanäle und der Reservoire für den Einsatz in Medizin & Forschung. Ein anderes, Anwendungsgebiet für die UpNano-Technologie sind funktionelle mikromechanische Teile. Auch 2-Komponententeile wurden bereits hergestellt, die bewegliche Teile umfassten und für medizintechnische Anwendungen in einem einzigen Druckvorgang hergestellt werden konnten. Ein drittes Beispiel, bei dem der Größenordnungsumfang des Systems voll zur Geltung kommt, ist die Produktion von Filtern. Flächen von mehreren Quadratzentimetern mit Porengrößen im kleinen einstelligen Mikrometerbereich können dabei in Stunden gedruckt werden. „Diese Filter zeichnen sich durch exakt definierte Porengrößen für 100% aller Poren aus“, erklärt Bernhard Küenburg. Variationen in der Porengröße gehören damit genauso der Vergangenheit an wie unsaubere Filtervorgänge. So ermöglicht der NanoOne von UpNano eine völlig neue Herangehensweise an Filtrier- und Separationsvorgänge und steht exemplarisch für die Innovationskraft des Unternehmens.