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Mittwoch, 13. Dezember 2017

Material

Zäh, geometrisch präzise und temperaturbeständig

Von Stefan Asche | 2. März 2017 | Ausgabe 09

Das Wiener Start-up Cubicure erweitert mit einem neu entwickelten Kunststoff die Möglichkeiten des 3-D-Drucks.

BU CubicureLab
Foto: Cubicure

Das neue Druckmaterial von Cubicure ist ein hochzähes Fotopolymer. Nach der Verarbeitung auf dem speziellen 3-D-Drucker ist es geometrisch hoch präzise und zugleich temperaturbeständig.

Wer ein Kunststoffbauteil additiv fertigen will, hat bisher drei Verfahrensalternativen: Schmelzschichten, Pulversintern und Stereolithografie. Beim Schmelzschichten wird ein erhitzter Kunststoff Schicht um Schicht entweder punktuell oder auch kontinuierlich mittels Extruder aufgetragen. Beim Pulversintern wird feinkörniges Ausgangsmaterial schichtweise per Laser zum fertigen Bauteil verschmolzen. Und bei der Stereolithografie wird ein dünnflüssiger, lichtaushärtender Kunststoff, der in einem Becken lagert, schichtweise ausgehärtet. Meist kommt dabei ein Laser zum Einsatz.

Die Stereolithografie ist das Mittel der Wahl, wenn es um hohe Auflösungen und genau definierte Oberflächen geht. Problematisch ist allerdings, dass die fertigen Bauteile bei Raumtemperatur zwar fest, aber auch sehr spröde sind. Bei Belastungen zerbrechen sie wie Glas. Schuld daran ist die Molekülstruktur. Die Teilchen der Fotopolymere sind sehr klein. Dadurch vernetzen sie engmaschig. Ein weiterer Nachteil: Bei Temperaturen von über 50 °C verlieren sie ihre Festigkeit.

 Diesbezüglich sind Thermoplaste, die beim Schmelzschichten oder Pulversintern genutzt werden, überlegen. Verfahrensbedingt ist allerdings die Teilepräzision geringer und die Oberflächenstruktur weniger genau steuerbar.

Kurzum: Bisher liefert der 3-D-Druck mit Kunststoffen entweder hoch präzise Bauteile – oder solche mit vorteilhaften Materialeigenschaften. Beides zu vereinen galt lange als unmöglich. Nun tritt das Wiener Start-up Cubicure zum Gegenbeweis an.

Foto: Cubicure

Das Cubicure-Team (v.l.): Geschäftsführer Robert Gmeiner, Thomas Förster, Christian Frank, Philipp Neubauer und Bernhard Steyrer. Nicht abgebildet sind Co-Geschäftsführer Jürgen Stampfl vom Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien sowie Finanzexperte Clemens Roitner.

Das Geheimnis liegt in der Chemie. Details lässt sich Unternehmensgründer Robert Gmeiner nicht entlocken. Nur soviel: „Die von uns genutzten Moleküle sind vergleichsweise groß, das Material also ziemlich dickflüssig. Trotzdem können wir es mit unseren Maschinen verarbeiten. Möglich machen dies hohe Prozesstemperaturen. Deshalb nennen wir unsere Verfahren Hot Lithografie.“

Ein weiterer Unterschied zur klassischen Stereolithografie: Die Belichtung erfolgt von unten nach oben. Das entstehende Bauteil versinkt also nicht allmählich im Harzbecken, sondern wird quasi herausgezogen. Dazu wird die zuletzt ausgehärtete Schicht in ein stets frisch ausgebrachtes Dünnschichtsubstrat getaucht, selektiv belichtet und dann ein winziges Stück angehoben. Erfreulicher Nebeneffekt: Es wird lediglich so viel Rohmaterial gebraucht, wie das Endprodukt verlangt. Der Abfallanteil ist nahe null. Zur Belichtung benutzen die Österreicher einen Diodenlaser im Milliwattbereich. Die Bauraumgröße der Cubicure-Maschine beträgt 20 cm x 10 cm x 30 cm (LxBxH).

Mit der innovativen Technologie lassen sich laut Gmeiner funktionale Prototypen fertigen. „Produkte, die auf Basis unserer Materialien entstanden sind, können in Umfeldern mit bis zu 100 °C eingesetzt werden.“ Außerdem will das 2015 gegründete Unternehmen eine Alternative zum Mikrospritzguss bieten. „Unser Ansatz skaliert wirtschaftlich sehr gut mit kleinen Bauteilen: Je kleiner und komplexer das Produkt, desto eher lohnt sich die Hot Lithografie.“

Zielbranchen sind der klassische Maschinen- und Komponentenbau sowie die Medizintechnik. „Eine der ersten Kundenanfragen kam beispielsweise von einem Kugellagerhersteller, der seine winzigen Käfigringe künftig additiv fertigen will“, so Gmeiner.

Finanziert hat sich das aktuell siebenköpfige Team bisher auf Basis von Forschungsprojekten und durch Kooperationen mit Pilotkunden. Außerdem wird das Unternehmen von Hans J. Langer unterstützt. Langer ist Vorstandschef der Eos GmbH aus Krailling bei München. Das Unternehmen zählt zu den weltweit marktführenden Anbietern von Anlagen, Werkstoffen und Lösungen im Bereich der Lasersintertechnologie.

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