Noch bessere additive Fertigung
Die Technologien der additiven Fertigung (Additive Manufacturing, AM) vereinen eine Familie von Verfahren, die im Wesentlichen ein Bauteil von unten nach oben aufbauen. Das Material wird in aufeinanderfolgenden Schichten hinzugefügt anstelle es von einem Blockstück abzutragen, wobei Spezifikationen von einem CAD-Modell und Programm (Computer-Aided Design, computergestütztes Entwerfen, Gestalten und Konstruieren) verwendet werden. Resultat sind komplexe 3D-Formen mit hervorragender Oberflächenqualität, hoher Detailauflösung und -genauigkeit. Kennzeichnend sind minimale Nachbearbeitung und nahezu kein Ausschuss. Auf Lithographie basierende AM-Technologien setzen auf flüssige fotopolymerisierbare Harze, die mit Hilfe von Licht verfestigt werden. Die jüngsten Fortschritte ergaben leistungsstarke, kosteneffiziente Lichtquellen sowie neuartige fotohärtbare Harze. Aufbauend auf diesen Technologien entwickelten die Wissenschaftler mit Hilfe der EU-Mittel aus dem Projekt "Photopolymer based customized additive manufacturing technologies" (PHOCAM) eine integrierte Prozesskette zur lithografiegestützten additiven Fertigung fotopolymerbasierter Systeme. Die Forscher setzten Digital Light Processing (DLP) und Zwei-Photonen-Polymerisation (two-photon polymerisation, 2PP) ein, um die Probleme mit den mangelhaften mechanischen Eigenschaften und der geringen Auflösung zu überwinden, mit denen die aktuellen AM-Technologien zu kämpfen haben. DLP wurde zur Verarbeitung von keramikgefüllten Photopolymere zu komplett dichten Keramikprodukten eingesetzt. 2PP kam bei der Fertigung von kleinen hochauflösenden Strukturen in der Größenordnung von 100 bis 200 Nanometern (nm) zum Einsatz. Das Team entwickelte für beide Technologien geeignete Materialien, Hardware, Software sowie die dazugehörigen Lichtquellen. Die Keramikverarbeitung mit DLP setzte auf neuartige Lichtgeneratoren mit Leuchtdioden. In 3D gedruckte Keramikteile wiesen eine ausgezeichnete Festigkeit, Zuverlässigkeit und Oberflächenqualität auf. 2PP funktionierte mit einem kommerziell erhältlichen Femtosekundenlaser. Die Prozesskette beinhaltete den Prototypen einer Internetplattform, die den gesamten Arbeitsablauf vom Hochladen des geometrischen CAD-Modells bis zur Angebotsberechnung, Bestellung und Zahlung abdeckt. Fadenführungen für Textilmaschinen, eine hochgenaue Gitterform zur Fertigung eines Computertomografiegeräts und eine an den Patienten angepasste Mittelohrprothese veranschaulichten die Möglichkeiten der neuartigen AM-Technologien. Mehrere Pressemitteilungen warben auf internationaler Ebene für die Projektleistungen. PHOCAM wies mit Erfolg die industrielle Realisierbarkeit und Qualität der Projekttechnologien nach und erzielte große Fortschritte bei der auf Abruf erfolgenden Mikrofertigung sowie signifikante Verbesserungen im Durchsatz und in der Strukturauflösung. Die vollständig integrierte Lieferkette für kostenwirksame additive Fertigung in einer Vielzahl von Sektoren wird die EU-Fertigung von Bauteilen mit hohen Durchsatz sowie von kundenspezifischen Komponenten auf positive Weise beeinflussen.