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Die so genannte Hot Lithography ist ein noch junges Verfahren für die additive Fertigung. Es ist flexibel, denn es ermöglicht es, ein und dieselbe Maschine zu nutzen und innerhalb eines Tages darauf sowohl hochpräzise Strukturen für komplexe medizinische Anwendungen herzustellen als auch einfache Gebrauchsgegenstände. Entwickelt hat das Verfahren die österreichische Cubicure GmbH mit Sitz in Wien.
Halter für Probenröhrchen schnell im 3D-Druck herstellen
Ein Beispiel aus dem Laborumfeld zeigt, in welchen Fällen sich das Verfahren sinnvoll nutzen lässt. Die in Wien ansässige Macroarray Diagnostics GmbH, die sich auf Immundiagnostik spezialisiert hat, suchte dringend Halterungen und passende Adapter für Teströhrchen. Diese sollten exakt auf ihre Anforderungen abgestimmt sein: Wichtig war, dass der Barcode der Proben in der Halterung auch dann frei ablesbar blieb, wenn sich diese in einem Testgerät befanden. Auch sollten passende Aufnahmevorrichtungen für weitere Proben hergestellt werden.
Es ging dabei nicht um große Stückzahlen, weshalb der Spritzguss als Herstellverfahren ausschied – die Fertigung der entsprechenden Formen hätte sich nicht gelohnt, und es hätte auch viel zu lange gedauert, auf diesem Weg zum Probenhalter zu kommen.
Die Herstellung mittels additiver Fertigung hingegen bot sich als Lösung an. Cubicure führte eine Machbarkeitsstudie für die Produktion von Kleinserien durch und entwickelte gemäß der Spezifikationen Modelle für den 3D-Druck. So ließen sich auf einer Anlage für die Hot Lithography vom Typ Caligma die Halterungen und Gestelle innerhalb kurzer Zeit fertigen – aus einem Hochleistungskunststoff vom Typ Evolution. Dabei handelt es sich um ein Photopolymer auf Methacrylat-Basis. Auf die Verarbeitung solcher Werkstoffe ist die Anlage ausgelegt.
Hot Lithography für Düsen und Strömungsbauteile – auch in Beatmungsgeräten
Ein weiteres Beispiel, dass die Möglichkeiten der Hot Lithography zeigt, ist die Zusammenarbeit zwischen Cubicure und der Berliner FDX Fluid Dynamix GmbH, einem Entwickler von Düsen und Strömungsbauteilen. Bei dieser Kooperation ging es darum, innerhalb kürzester Zeit einen akustischen Strömungssensor für Beatmungsgeräte zu konstruieren.
https://medizin-und-technik.industrie.de/3d-druck/design-fuer-den-3d-druck-erstellt-kuenftig-die-ki/
Der Sensor sollte die zu- und abgeführte Luftmenge genau ermitteln können. Das funktioniert aber nur, wenn die innenliegenden Konturen so scharfe Kanten aufweisen, dass diese die durchströmende Luft zum Schwingen bringen. Für so eine Anwendung ist der hochauflösende 3D-Druck unabdingbar – und Cubicure hat den entsprechenden Sensor konstruiert.
Oliver Krüger, CTO von FDX, lobt die Zusammenarbeit: „Das Verfahren Hot Lithography von Cubicure unterstützt nun erstmals hochwertige Kunststoffe, die direkt für unsere Serienteile einsetzbar sind.“ Die hohe Präzision, die der 3D-Druck hier erreicht, erlaube es, umströmte Oberflächen ohne Nachbearbeitung herzustellen. So konnten additiv gefertigte Teile in der Medizintechnikgenutzt und lebensgefährliche Versorgungsengpässe vermieden werden.
3D-Druck: Komplexe Geometrien mit hoher Oberflächengüte
Ihre Oberflächengüte und Kantenschärfen für filigrane Anwendungen im Mikrometerbereich erreicht die additive Fertigung hier dank präziser Lasersysteme. So lassen sich mit lichtbasiertem 3D-Druck komplexe Geometrien, die mit traditionellen Verfahren nur schwer oder gar nicht produziert werden können, in kurzer Zeit marktfähig herstellen.
Eine weitere Voraussetzung muss dafür allerdings erfüllt sein: Die Bauteile müssen für die additive Fertigung konstruiert worden sein. Dann können moderne Lasersysteme auch sehr schnell von den Prototypen der funktionellen Teile zu Kleinserien übergehen.
Mit dem 3D-Druck-System, das den Namen Cerion trägt, ist auch die individualisierte, personenspezifische Massenfertigung von Medizinprodukten aus Kunststoff möglich. Die 3D-gedruckten Komponenten führen nicht zu Hautirritationen und weisen keine Zytotoxizität auf. Damit werden gedruckte Kunststoffbauteile mit hoher Qualität auch den Spezialanforderungen gerecht, die in der Medizintechnik wegen des Patientenkontaktes zu erfüllen sind.
Über Hot Lithography: Das Verfahren
Das patentierte Verfahren Hot Lithography ermöglicht das Verarbeiten hochviskoser Photopolymersysteme. Solche Harze lassen sich mit den bis dato verfügbaren Stereolithographieanlagen nicht verarbeiten. Der aus SLA-Anlagen bekannte Belichtungsprozess mittels Laser wurde daher mit einem speziellen beheizbaren Beschichtungssystem kombiniert. Die von Cubicure entwickelte Heißschicht-Technologie ist patentrechtlich geschützt.
Arbeitstemperaturen von bis zu 120 °C sind heute in den Geräten erreichbar, um die Ausgangsstoffe verarbeiten zu können. Da erhöhte Temperaturen die Stabilität und Reaktivität der Werkstoffe beeinflussen, ist dabei eine exakte Prozesshandhabung und -kontrolle nötig. Nur so lassen sich ungewollte Polymerisation und damit Schädigungen des Materials verhindern.
Molekulargewicht, Funktionalität und chemische Beschaffenheit der Kunstharze können mittels Hot Lithography maßgeschneidert werden. Damit lassen sich Präzisionsteile mit unerwarteten Materialeigenschaften herstellen. Von den bisher sechs verfügbaren Werkstoff-Varianten empfiehlt Cubicure vier für den Einsatz in der Medizintechnik.
Kontakt zum Hersteller:
Cubicure GmbH
Gutheil-Schoder-Gasse 17
Tech Park Vienna (TPV)
1230 Vienna, Austria
www.cubicure.com
