{"id":171325,"date":"2019-05-14T08:35:35","date_gmt":"2019-05-14T06:35:35","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=171325"},"modified":"2019-05-14T08:35:35","modified_gmt":"2019-05-14T06:35:35","slug":"letzter-schliff-fuer-den-3d-druck-von-kunststoff-bauteilen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/letzter-schliff-fuer-den-3d-druck-von-kunststoff-bauteilen\/","title":{"rendered":"Den 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen auf Industrieniveau gebracht"},"content":{"rendered":"

Cubicure hat den 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen auf Industrie-Niveau gebracht. Um die erforderliche Qualit\u00e4t und Pr\u00e4zision zu erreichen, adaptierte der TU Spin-off der TU Wien<\/em> sowohl das Material als auch den Fertigungsprozess.<\/p>\n

Der 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen birgt gro\u00dfe M\u00f6glichkeiten \u2013 speziell in Anwendungen, die Ma\u00dfanfertigung oder Kleinserien erfordern. Die vorhandenen Technologien sind zahlreich – jedoch nach wie vor mit technischen M\u00e4ngeln behaftet. Eine industrielle Anwendung war zuvor noch kaum m\u00f6glich. Problematisch waren insbesondere die unzureichende Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t und die Herstellungspr\u00e4zision. Cubicure<\/em>, das Spinoff der TU Wien, hat dies ge\u00e4ndert.<\/p>\n

Das Team um Prof. Dr. J\u00fcrgen Stampfl<\/em>, dem Leiter des Forschungsbereiches Additive Fertigung am Institut f\u00fcr Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie <\/em>der TU Wien,<\/em> entwickelte sowohl das Material als auch den Prozess f\u00fcr einen industrief\u00e4higen 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen und meldete gleich mehrere Patente an. Das System eignet sich f\u00fcr den Einsatz in Luft- und Raumfahrt sowie in Maschinenbau und biomedizinischen Technologien.<\/p>\n

Stereolithographie<\/h3>\n

Die Forscher sehen im Stereolithographie-Verfahren die beste Eignung f\u00fcr die Herstellung von Bauteilen mit exzellenter Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t. Bei dem Verfahren werden fl\u00fcssige Materialien durch Photopolymerisation \u2013 das hei\u00dft selektives Aush\u00e4rten mittels Lichtquelle – schichtweise in feste Teile umgewandelt.<\/p>\n

Der gro\u00dfe Nachteil des Stereolithographie-Verfahrens liegt in den konventionellen Materialsystemen. Verf\u00fcgbare Photopolymere sind wegen ihrer Molek\u00fclstruktur spr\u00f6de und besitzen eine geringe W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit \u2013 weshalb diese nur bedingt f\u00fcr technische Anwendungen geeignet sind. F\u00fcr industriell einsetzbare Komponenten sind jedoch gute thermomechanische Werkstoffeigenschaften und geometrische Eigenschaften gefordert. Bei letzteren geht es insbesondere um eine geringe Oberfl\u00e4chenrauigkeit, welche an die Qualit\u00e4t von Spritzgussteilen heranreicht.<\/p>\n

Molekulararchitektur<\/h3>\n

Inspiriert von technischen Thermoplasten wie Polypropylen<\/em> (PP) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat<\/em> (ABS) entwickelten die Forscher eine neue Molekulararchitektur. Die entstandenen Hochleistungspolymere<\/em> sind bei Raumtemperatur h\u00f6chstvisk\u00f6se bis feste Substanzen. Diese sind stark temperaturabh\u00e4ngig und konnten in den bis dato verf\u00fcgbaren Stereolithographie-Anlagen nicht verarbeitet werden. Um die Substanzen verarbeitbar zu machen, entwickelte Cubicure<\/em> parallel zur Materialentwicklung einen beheizten 3D-Strukturierungsprozess. Dieser sollte au\u00dferdem eine m\u00f6gliche unkontrollierte thermische Polymerisation der Harze verhindern.<\/p>\n

Beheizungs- und Beschichtungsmechanismus<\/h3>\n

Ergebnis dieser Forschungsarbeit war ein Beheizungs- und Beschichtungsmechanismus, der die pr\u00e4zise Verarbeitung von Kunststoffen erm\u00f6glicht. Dessen technische Umsetzung gelang durch die Kombination mit dem in Stereolithographie-Anlagen vorhandenen Belichtungsprozess durch Laser. Der Beheizungs- und Beschichtungsmechanismus ist f\u00fcr h\u00f6chstvisk\u00f6se Pasten und Harze geeignet und arbeitet bei Temperaturen bis zu einhundertzwanzig Grad Celsius sehr pr\u00e4zise. Die technische L\u00f6sung \u2013 und einzelne Schritte darin – wurden patentiert.<\/p>\n

Prozesskontrolle<\/h3>\n

Hohe Temperaturen wirken sich auf die Viskosit\u00e4t der genutzten Harze aus, k\u00f6nnen aber auch deren Stabilit\u00e4t und Reaktivit\u00e4t gef\u00e4hrden. Um eine ungewollte Polymerisation der Harze und damit Sch\u00e4digung des Materials zu verhindern, ist eine sorgf\u00e4ltige Durchf\u00fchrung des Prozesses erforderlich \u2013 und eine Temperaturkontrolle. Die Temperatur aller Prozesselemente ist pr\u00e4zise regelbar.<\/p>\n

Die gr\u00f6\u00dfte Herausforderung meisterte das Team mit der Beheizung der aufgetragenen D\u00fcnnschicht des Rohmaterials w\u00e4hrend des Strukturierungsprozesses. Die eingesetzten Materialien d\u00fcrfen nur bestimmten Temperaturfenstern ausgesetzt werden. Temperaturspitzen beziehungsweise lokale \u00dcberhitzung sind strikt zu vermeiden. Die in dem Zusammenhang entwickelte Hei\u00dfschicht-Technologie wurde auch patentrechtlich gesch\u00fctzt.<\/p>\n

Funktionalisierung der Kunststoffe<\/h3>\n

Zur Belichtung werden hochpr\u00e4zise Laser-Scanner-Systeme eingesetzt. Verf\u00fcgbare Lichtwellenl\u00e4ngen sind dreihundertf\u00fcnfundsiebzig Nanometer im Ultraviolett-Bereich und vierhundertf\u00fcnf Nanometer im sichtbaren, Blau-\/Violett-Bereich. Die eingesetzten Wellenl\u00e4ngen erm\u00f6glichen die Verarbeitung gef\u00fcllter, eingef\u00e4rbter und transparenter Materialsysteme.<\/p>\n

Durch spezielle F\u00fcllstoffe ist eine Funktionalisierung der Hochleistungskunststoffe, etwa im Bereich elektrischer, magnetischer und brandhemmender Eigenschaften realisierbar. Zudem k\u00f6nnen hochgef\u00fcllte Kompositmaterialien angeboten und im Hot Lithography<\/em>-Prozess verarbeitet werden.<\/p>\n

Anpassbare Parameter<\/h3>\n

Mit der Technologie Hot Lithographie<\/em> gelang den Forschern von Cubicure<\/em> der 3D-Druck von Kunststoff-Bauteilen mit ausgezeichneter Schlagz\u00e4higkeit und W\u00e4rmeformbest\u00e4ndigkeit bei gleichzeitig h\u00f6chster Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t. Durch die dreidimensionale Strukturierung der hergestellten Photopolymere k\u00f6nnen diese Sto\u00dfenergien durch plastische Deformation abbauen. Um den anwendungsspezifischen Anwendungen gerecht zu werden, k\u00f6nnen die Materialparameter auch angepasst werden \u2013 oder g\u00e4nzlich neu entwickelt.<\/p>\n

\u00dcber Cubicure<\/h3>\n

Cubicure<\/em><\/a> wurde im M\u00e4rz 2015 von Professor Dr. J\u00fcrgen Stampfl<\/em> und Dr. Robert Gmeiner<\/em> gegr\u00fcndet. Der Spin-off der TU Wien<\/em><\/a> ist auf den 3D-Druck von Hochleistungspolymeren mit der Methode der Stereolithographie spezialisiert. Die ersten Stereolithographie-Anlagen konnten bereits bei Forschungpartnern und Wirtschaftsunternehmen platziert werden. Zuletzt gewann Cubicure den zweiten Platz des von der B&C Privatstiftung verliehenen Houska Preis<\/em> <\/a>in der Kategorie Forschung & Entwicklung in kleinen und mittleren Unternehmen<\/em> (KMU). Mit einem Preisgeld von insgesamt 500.000 Euro ist der Houskapreis der h\u00f6chst doierte Forschungspreis \u00d6sterreichs.<\/p>\n

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