Klein, kleiner, Mikro-DLP

Mikro 3D-Druck bzw. Micro Additive Fertigung (Micro AF) gilt als aufstrebende Technologie: „Doch wie sollen wir das fotografieren? Die 3D-gedruckten Bauteile sind viel zu klein, die kann ich ja kaum mit dem bloßen Auge erkennen!”

Die Fototermine der Kollegen im Bereich der additiven Fertigungsverfahren am SKZ – Das Kunststoff-Zentrum in Würzburg waren schnell abgehakt. Lasersintern, Stereolithografie, Strangablegeverfahren (FLM), allesamt medienwirksam mit einem komplexen Demonstrator in der Hand des jeweiligen SKZ-Experten vor der Anlage. Die Hand des Mikro-DLP-Ansprechpartners erscheint jedoch, wie erwartet, auf den ersten Blick leer…Wer genauer hinschaut, wird ein etwa 2 mm kleines Bauteil auf der Fingerspitze des Mitarbeiters erkennen. Doch erst mit einer 50-fachen Vergrößerung eines Mikro-skops werden die Details des Benchmarkbauteils sichtbar. Aber wie werden solche Auflösungen erreicht, und welche Anwendungen werden damit denkbar?

Das Mikro-DLP-Verfahren ist, wie der Name andeutet, stark mit dem Digital Light Processing (DLP)-Verfahren verwandt, bei dem mit Hilfe eines UV-Projektors lichtempfindliche Harze Schicht für Schicht selektiv ausgehärtet werden, bis das komplette Bauteil gefertigt ist. Im Mikro-DLP wird das höhere Detailvermögen durch hochauflösende Projektoren, eigens dafür entwickelte Objektive und fein vernetzende Harzmaterialien ermöglicht. So hat etwa die Fabrica 2.0, die die Firma Nano Dimension dem SKZ im Rahmen einer Partnerschaft zur Verfügung stellt, eine Auflösung von 2 µm in der XY-Ebene bei einer Schichtdicke von 1 bis 5 µm. Doch was wird damit möglich, was mit den bekannteren additiven Fertigungsverfahren bislang nicht machbar war?

Die naheliegende Anwendung ist dabei zunächst das Prototyping von kleinen Bauteilen, die ansonsten per Spritzguss oder Mikro-CNC-Fräsen bei hohen Durchlaufzeiten und Kosten hergestellt werden müssten. Additiv gefertigt entfallen jedoch die Kosten und Wartezeiten für komplexe Werkzeuge, was einen bisher ungeahnten Grad an Flexibilität ermöglicht. Jenseits der iterativen Prototypenphase ergeben sich ebenfalls neue Optionen: so wird erstmals eine wirtschaftliche, werkzeuglose Fertigung von Klein- bis Mittelserien von geometrisch komplexen Mikrobauteilen möglich.

Spezifisch betrachtet kommen die Vorteile der additiven Fertigung im Mikromaßstab besonders in der Medizintechnik zum Vorschein, umso mehr, wenn biokompatible Materialien verfügbar sind. So sind komplexe Geometrien sowie ein hohes Maß an Individualisierbarkeit ein Schlüsselfaktor etwa bei kardiovaskularen Stents oder Kathetern. Doch auch mikroskopische Mechanik, wie etwa Zahnräder oder Ventile in kleinsten Pumpen, findet hier Anwendung.

Die Mikrofluidik, in der die Steuerung von Kleinstmengen an Flüssigkeiten betrachtet wird, ist eine weitere Anwendung, die vom Mikro-DLP profitiert. So spielen etwa bei Blutanalysen, Gensequenzierungen und „Lab on a Chip“-Anwendungen die Separation oder Durchmischung von Fluiden, sowie Generation und Kontrolle von Tröpfchen eine Rolle. Mit dazu benötigten Kanalgrößen, deren Durchmesser von wenigen Dutzend Mikrometer bis zu Bruchteilen eines Millimeters reichen können, ist der filigrane Anwendungsbereich für das Verfahren prädestiniert. Das Mikro-DLP-Verfahren eröffnet damit komplett neue Anwendungsbereiche der additiven Fertigung. Eines ist klar: die Möglichkeiten sind lange nicht ausgeschöpft und sowohl Forscher als auch Anwender stehen vor Jahren voller neuer und spannender Entwicklungen. Als Wegbereiter auf diesem Pfad begleitet das SKZ den Interessenten bei jedem Schritt, von der Beratung über die Konstruktion bis hin zur Komponentenprüfung und der erfolgreichen Anwendung. Damit ist sicher, dass auch die kleinsten Bauteile ganz groß rauskommen.