Hot Lithography


Für die additive Fertigung von Kunststoffbauteilen stehen eine ganze Reihe an unterschiedlichen Fertigungstechnologien zur Verfügung. Aufgrund unzureichender Materialeigenschaften, bzw. unzureichender Oberflächenqualität und Präzision, haben es additiv gefertigte Kunststoffbauteile noch nicht von der Herstellung von Gebrauchsmustern und Prototypen in die industrielle Produktion von technischen oder medizinischen Bauteilen, sowie Produkten des alltäglichen Bedarfs geschafft. Für industriell einsetzbare Komponenten sind gute thermo-mechanische Werkstoffeigenschaften, wie jene von technischen Thermoplasten (z.B. ABS) gefordert. Zum anderen sind geometrische Eigenschaften, hier vor allem eine geringe Oberflächenrauigkeit, in der Qualität von Spritzgussteilen gefordert.

Für die Herstellung von Bauteilen mit sehr guter Oberflächenqualität sind Stereolithographieverfahren (SLA) mit Abstand am besten geeignet. Der große Nachteil dieser Verfahren liegt in den traditionell verfügbaren Materialsystemen. Klassische Photopolymere sind spröde und besitzen eine geringe Wärmeformbeständigkeit, sind folglich nur bedingt für technische Anwendungen geeignet.

Von Cubicure neu entwickelte Photopolymere sind hingegen äußerst schlagzäh und temperaturbeständig. Diese Eigenschaften werden durch sehr hochviskose und klebrige Ausgangssubstanzen erreicht, welche in bis dato verfügbaren SLA Anlagen nicht verarbeitet werden können. Aus diesem Grund hat Cubicure einen eigenen additiven Fertigungsprozess für die Verarbeitung dieser schwer fließfähigen Materialsysteme entwickelt.
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Das Ziel von Cubicure ist die additive Fertigung von Kunststoffbauteilen mit ausgezeichneter Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit bei gleichzeitig höchster Oberflächenqualität. Bereits bei theoretischen Überlegungen zur notwendigen chemischen Zusammensetzung solcher Photopolymersysteme war ersichtlich, dass die resultierenden Substanzen bei Raumtemperatur eine sehr hohe Viskosität aufweisen werden. Aus diesem Grund forschte Cubicure parallel zur Materialentwicklung an einem speziellen 3D Strukturierungskonzept, welches diese hochviskosen Substanzen verarbeitbar machen sollte.

Die von Cubicure entwickelten Hochleistungsphotopolymere sind bei Raumtemperatur höchstviskose bis feste Substanzen, welche in bis dato auf dem Markt verfügbaren Stereolithographieanlagen nicht verarbeitet werden können.  Da die Viskosität vieler Fluide stark temperaturabhängig ist, wurde folglich das Konzept eines beheizten Strukturierungsprozesses realisiert, welcher jedoch auch Sicherheiten gegen eine mögliche unkontrollierte thermische Polymerisation der Harze aufweisen musste. Der aus SLA Anlagen bekannte Belichtungsprozess mittels Laser wurde mit einem speziellen, neuentwickelten und ebenfalls beheizbaren Beschichtungssystem kombiniert.

Die mehrfach patentierte technische Lösung dieser Prozessherausforderung wurde daraufhin unter der Bezeichnung Hot Lithography bekannt. Sie ermöglicht erstmals den Einsatz hochmolekularer chemischer Ausgangsstoffe für den Präzisions-3D-Druck und schafft dadurch Bauteile mit ungeahnter Materialqualität.
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Kern der Technologie ist ein eigens entwickelter und patentierter Beheizungs- und Beschichtungsmechanismus, welcher selbst höchstviskose Harze und Pasten bei Arbeitstemperaturen von bis zu 120°C sicher und mit größter Präzision verarbeiten kann.
 
Da erhöhte Temperaturen nicht nur einen Einfluss auf die Viskosität der eingesetzten Harze haben, sondern auch deren Stabilität und Reaktivität beeinflussen kann, ist eine genaue Prozesshandhabung und -kontrolle nötig, um eine ungewollte Polymerisation und damit Schädigung des Materials zu verhindern. Die Temperatur aller Prozesselemente ist daher präzise regelbar ausgeführt. Die größte Herausforderung bestand in der Beheizung der aufgetragenen Dünnschicht des Rohmaterials während des Strukturierungsprozesses. Da die eingesetzten Materialien nur bestimmten Temperaturfenstern ausgesetzt werden dürfen, müssen Temperaturspitzen bzw. lokale Überhitzung in jedem Fall vermieden werden. Die von Cubicure eigens entwickelte Heissschicht-Technologie wurde daher auch patentrechtlich geschützt.
 
Zur Belichtung werden hochpräzise Laser-Scanner-Systeme eingesetzt. Verfügbare Lichtwellenlängen sind 375 nm im UV-Bereich und 405 nm im sichtbaren, blau-violetten Bereich. Die eingesetzten Wellenlängen erlauben die Verarbeitung gefüllter und eingefärbter Materialsysteme , wie auch das Drucken von transparenten und farblosen Bauteilen.
 
Hot Lithography ermöglicht erstmals die additive Verarbeitung technisch relevanter Kunststoffe in höchster Präzision!
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