Kombination aus Präzision und Materialperformance

Die Cubicure GmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, ein wesentliches Dilemma des aktuellen Kunststoff 3D-Drucks zu lösen: Die hochpräzise Herstellung von Bauteilen mit gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften, sodass ein breiter Einsatz dieser Teile in technischer oder industrieller Umgebung sowie in End-User-Produkten möglich wird.

Die Hot Lithography Technologie bietet die Möglichkeit, Kunstharze mit hervorragenden mechanischen und thermischen Materialeigenschaften hochpräzise und sicher zu verdrucken.

Die Hot Lithography Technologie bietet die Möglichkeit, Kunstharze mit hervorragenden mechanischen und thermischen Materialeigenschaften hochpräzise und sicher zu verdrucken.

Dr. Robert Gmeiner
Geschäftsführer Cubicure GmbH.

„Die Hot Lithography bietet uns dringend benötigte Möglichkeiten bei der Entwicklung leistungsstarker Photopolymere. Sie zeigt uns, dass die Materialforschung in diesem Bereich noch lange nicht beendet ist. Im Gegenteil, das Tor zur Entwicklung neuer Harzsysteme wurde gerade erst richtig aufgestoßen. Die neu verfügbare Kombination aus Präzision und Materialperformance wird den massiven Einzug additiver Produktionsprozesse in die kunststoffverarbeitende Industrie einläuten.“

Der aktuelle Stand der Technik stellt den Kunden vor eine schmerzliche Wahl: die Technologien Selective Laser Sintering (SLS) oder Fused Deposition Modelling (FDM) sind in ihrer Baugenauigkeit begrenzt und kämpfen mit temperaturbedingten Eigenspannungen der gedruckten Bauteile. Das Stereolithographieverfahren (SLA, DLP) oder andere lichthärtende Drucktechnologien (MultiJet) liefern höchste Druck-Präzision, haben aber Probleme mit der Einsetzbarkeit der Photopolymerharze. Die Achillesferse dieser Materialien ist meistens eine unzureichende Zähigkeit und/oder Temperaturfestigkeit, wodurch die Erschließung vieler Produktsegmente schon aus rein technischen Gesichtspunkten nicht zu gewährleisten ist.

In dieser Situation betritt Cubicure mit der neu entwickelten Hot Lithography Technologie absolutes Neuland. Das innovative Stereolithographieverfahren soll die Möglichkeit bieten, Kunstharze mit hervorragenden mechanischen und thermischen Materialeigenschaften hochpräzise und sicher zu verdrucken.

Ein Schwerpunkt von cubicure liegt auch in der Materialentwicklung, wie applikationsspezifische Spezialharze.

Ein Schwerpunkt von cubicure liegt auch in der Materialentwicklung, wie applikationsspezifische Spezialharze.

Hot Lithography – Was ist neu?

Was ist nun aber unter der „Hot Lithography“ zu verstehen? Laut Firmenmitbegründer und Geschäftsführer Dr. Robert Gmeiner beschreibt das neue Verfahren eine Technologie „mit der es möglich wird, photoreaktive Substanzen sicher und dauerhaft bei stark erhöhter Temperatur zu verarbeiten.“ Dadurch kann das Viskositätsproblem beim Drucken der Harze wesentlich reduziert werden und es können neue, bisher nicht stereolithographisch verarbeitbare chemische Bausteine zum Einsatz kommen.

„Mit der uns bereits heute zur Verfügung stehenden hochmolekularen Chemie konnten wir bereits deutliche Verbesserungen bei Zähigkeit und Temperaturbeständigkeit der gedruckten Kunststoffbauteile nachweisen. Für unsere Pilotkunden ergeben sich daher gänzlich neue Möglichkeiten beim Einsatz additiver Verfahren im Bereich der Produktion funktionaler Prototypen. Sowohl im R&D Bereich als auch bei Vorserien ist dadurch eine enorme Reduktion von Entwicklungszeiten möglich“, meint Gmeiner. Cubicure zufolge können solche Photopolymere bereits bis über 100° C eingesetzt werden und weisen auch bei Raumtemperatur sehr vielversprechende Zähigkeits- und Festigkeitswerte auf.

Die Hot Lithography kombiniere demzufolge ein neues und patentiertes Druckverfahren mit den dadurch ermöglichten und ebenfalls neuentwickelten Photopolymerharzen. Prozess- und Materialentwicklung gehen folglich Hand in Hand, was bei Cubicure auch aktiv gelebt wird: „Neben unseren innovativen Photopolymersystemen, welche wir heuer erstmals auf der FormNext in Frankfurt präsentieren, entwickeln wir applikationsspezifische Spezialharze für unsere Kunden. Der Fokus liegt also eindeutig auf der Materialentwicklung und den Neuerungen in diesem Bereich. Die Hot Lithography Drucktechnologie ist allerdings das entscheidende verfahrenstechnische Werkzeug dazu“, verrät der Geschäftsführer Das zugehörige 3D-Drucksystem gibt es demzufolge bereits seit Juni dieses Jahres. Auf der RapidTech wurde das Fertigungssystem Caligma 200 erstmals einem breiten Publikum vorgestellt.

Mit der Hot Lithography Technologie könnten etliche neue Applikationsbereiche erschlossen werden.

Mit der Hot Lithography Technologie könnten etliche neue Applikationsbereiche erschlossen werden.

Für Anwender ergeben sich gänzlich neue Möglichkeiten beim Einsatz additiver Verfahren im Bereich der Produktion funktionaler Prototypen.

Für Anwender ergeben sich gänzlich neue Möglichkeiten beim Einsatz additiver Verfahren im Bereich der Produktion funktionaler Prototypen.

Der Weg von der Uni zum Start-Up

Eine derart breite Innovationsoffensive entsteht natürlich nicht über Nacht. Das Team von Cubicure rund um Dr. Robert Gmeiner und Prof. Jürgen Stampfl von der TU Wien musste sich zunächst erst einmal mit der Materie Additive Manufacturing vertraut machen. Prof. Stampfl dazu: „Am Institut für Werkstoffwissenschaften forschen wir bereits seit über 10 Jahren an den Möglichkeiten der stereolithographischen Herstellung von Kunststoff- und Keramikbauteilen. Die konsequente Materialprüfung sowie das Studium der Bruchmechanik eingesetzter Werkstoffe hat uns zu wesentlichen Erkenntnissen verholfen. Mit der Hot Lithography hatten wir schlussendlich das entscheidende Werkzeug zur Verfügung, um die Kommerzialisierung unserer Forschungserfolge voranzutreiben.“

Der Weg zur Firmengründung war dann nicht mehr weit. Bereits 2015 folgte die Ausgründung und der operative Start der Cubicure GmbH im Nahbereich der TU Wien. Dort wird neben der Materialentwicklung auch die Fertigung der Caligma 200 3D-Drucksysteme intern bewerkstelligt. Gmeiner dazu: „Die aktuelle Nachfrage lässt uns aber im Maschinensegment bereits mit Fertigungspartnern in Kontakt treten.“

Wer profitiert von der Neuentwicklung?

Wo können nun also die Möglichkeiten der Hot Lithopgraphy erfolgreich umgesetzt werden? Im Bereich funktionaler Testmuster und bei der Vorserienproduktion sei laut cubicure eine erhebliche Zeiteinsparung möglich. Gedruckte Bauteile können direkt im Prototypenbereich eingesetzt werden. Da die Präzision der eingesetzten Drucksysteme sehr hoch ist (es sind Auflösungen bis 10 µm in allen drei Raumrichtungen möglich), ist auch eine wirtschaftliche Teileproduktion im Bereich der Mini- und Mikrobauteile möglich. Kleinste Kunststoffbauteile lassen sich so komplett in Serie bis zu mehreren hunderttausend Stück pro Jahr direkt und voll digital herstellen. Produktionsbegleitende Bauteil(weiter)entwicklung sowie Ersatzteilmanagement sind weitere vielversprechende Einsatzbereiche.

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