3D-Printing : Das können die neuen Kunststoffe in der additiven Fertigung

Temperaturbeständig und schlagzäh sollen die Bauteile sein, die im 3D-Druck produziert werden. Ziel ist, die voll digitale, werkzeuglose Produktion zu ermöglichen. Hot Lithography heisst das Verfahren, das mehrfach patentiert den Weg zur Herstellung von Kunststoffbauteilen mit ausgezeichneter Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit bei höchster Oberflächenqualität gewährleistet. War man früher durch die Verwendung von niederviskosen Harzen limitiert, kann man jetzt mit den von Cubicure entwickelten Hochleistungsphotopolymeren höchstviskose bis feste Substanzen verarbeiten.

Sie konnten davor in herkömmlichen Stereolithographieanlagen nicht verarbeitet werden. Die Herausforderung war die starke Temperaturabhängigkeit der Viskosität vieler Fluide. Unter dem Begriff Hot-Lithography verband man bei Cubicure das Konzept eines beheizten Strukturierungsprozesses mit dem aus SLA Anlagen bekannten Belichtungsprozess und kombinierte diesen mittels Laser zu einem speziellen, neu entwickelten, beheizbaren Beschichtungssystem. „Erstmals konnten hochmolekulare chemische Ausgangsstoffe für den Präzisions-3D-Druck verwendet werden, dadurch schaffen wir Bauteile mit ungeahnter Materialqualität“, freut sich Markus Kury, COO des 2015 gegründeten Start-up Cubicure.

(Lesen Sie auch: Mit diesem Material lassen sich Spritzgussformen drucken)

Man arbeitet mit selektiver Einbringung von Licht, um einen Foto-Initiator zum Zerfall zu bringen. Durch diesen Zerfall wird eine Vernetzungsreaktion ausgelöst. Das bedeutet, dass mit dem Einfall des Lichtes das Polymer aufgebaut und vernetzt wird, überall wo das Licht nicht hinkommt, kommt es eben nicht zu dieser Vernetzungsreaktion. Dort bleibt das Harz flüssig und kann abgewaschen werden. Diese Vernetzung ist für den Aufbau der Fotopolymere entscheidend.

Die Anwendung bestimmt das verwendetet Material. So gibt es beispielsweise universelle Photopolymere auf Methacrylat-Basis, die vielfach in Konstruktionsaufgaben und Produktapplikationen wie der Medizintechnik verwendet werden. Schwarze und graue Bauteile haften ausgezeichnet an Metallen, Glas und verschiedenen Kunststoffen. Bei größeren Herausforderungen, wie der Verwendung von Elektronikkomponenten, entwickelte man bei Cubicure ein Material für die Produktion flammgeschützter Endbauteile. Dieser halogenfreie Kunststoff bestand als erstes Stereolithographie-Material die Brennbarkeitsprüfung nach UL 94 V-0. Ein gemeinsames Projekt mit Evonik brachte ein industrietaugliches Elastomer hervor, das den 3D-Druck hochflexibler Objekte ermöglicht. Das Material eröffnet neue Möglichkeiten für elastische Komponenten wie die Herstellung von Griffen, Dichtungen, Dämpfungen und Polsterungen.

Die zeitgleichen Entwicklungsschritte in der Materialwirtschaft und im Anlagenbau ermöglichen es, dass funktionale Prototypen sofort auch auf dem 3D-Druck-System für industrielle Serienproduktion gefertigt werden können, ohne kompliziertes Umdenken. „Wir können mittlerweile, je nach Bauteilgröße, zwischen 1.000 und 100.000 Teile drucken“, sagt Markus Kury. Solche Mengen sind laut ihm rentabel. Vor allem, weil man im 3D-Druck gegenüber den Spritzgussverfahren den Vorteil hat, werkzeuglos zu fertigen. „Das Einstiegsrisiko in ein neues Produkt ist hier natürlich deutlich geringer, denn man kann von den Prototypen gleich in Serie gehen“, weiß Kury. Diese Flexibilität biete für Unternehmen das größte Potenzial, spricht der COO aus Erfahrung.

(Lesen Sie auch: Interview: „Die Materialvielfalt im 3D-Druck wird nicht explodieren“)