■ [ SPECIAL 3D-DRUCK ] GLÄSERNE STRUKTUREN DRUCKEN Stereolithographie | Mit Hilfe eines neuen Verfahrens lassen sich komplexe Formen aus Glas im 3D-Druck herstellen. Das ist für Optik, Datentechnik, aber auch für Biologie und Medizin interessant. IHR STICHWORT ■ ■ ■ ■ Glas mittels Stereolithographie generativ verarbeiten Hochreines Quarzglas Strukturen im Mikrometerbereich Teilegröße in Zentimetern Bild: KIT Gedrucktes Glas könnte für die biologische und medizinische Technik interessant sein, zum Beispiel für sehr kleine Analysesysteme aus Miniatur-Glasröhrchen Transparenz, Hitzebeständigkeit und Säureresistenz machen Glas für Optik, Datenübertragung und Biotech - nologie zu einem interessanten Werkstoff. Dieser lässt sich mit einem am Karlsruher Institut für Technologie KIT ent - wickelten Verfahren nun auch im 3D-Druck verarbeiten. Kürzlich haben die Forscher ihr Verfahren auf der Hannover Messe vorgestellt. Das interdisziplinäre Team um den Maschinenbauingenieur Dr. Bastian E. Rapp mischte Nanopartikel hochreinen Quarzglases mit einer kleinen Menge flüssigen Kunststoffs. Diese Mischung wird mittels Stereolithographie an definierten Stellen ausgehärtet. Das flüssig gebliebene Material wird in einem Lösungsmittelbad herausgewaschen – so bleibt nur die gewünschte, ausgehärtete Struktur bestehen. Der in dieser Glasstruktur noch eingemischte Kunststoff wird anschließend durch Erhitzen entfernt. „Die Form ähnelt zunächst einem Sandkuchen, sie ist zwar geformt, aber instabil, deshalb wird das Glas in einem letzten Schritt gesintert – also so weit erhitzt, dass die Glaspartikel miteinander verschmelzen“, erklärt Rapp. Er forscht am KIT am Institut für Mikrostrukturtechnik und leitet eine Arbeitsgruppe, der Chemiker, Elektrotechniker und Biologen angehören. Unter dem Titel „Three-Dimensional Printing of Transparent Fused Silica Glass“ haben die Wissenschaftler das Verfahren in der Fachpublikation Nature vorgestellt. Gefertigte Teile bestehen aus hochreinem Quarzglas Bisher wurde Glas zum Beispiel durch Schmelzen und Applizieren mittels einer Düse zu Strukturen verarbeitet. Dabei wurde die Oberfläche sehr rau, das Material war porös und enthielt Hohlräume. „Mit der neuen Methode gefertigte Stücke bestehen aus hochreinem Quarzglas mit entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften“, so Rapp. Die so hergestellten Strukturen weisen Auflösungen im Bereich weniger Mikrometer auf. „Die Abmessung der Strukturen kann aber im Bereich mehrerer Zentimeter liegen“, betont Rapp. Einsetzen ließe sich 3D-geformtes Glas zum Beispiel in der Datentechnik. „Die übernächste Generation von Computern wird mit Licht rechnen, das erfordert komplizierte Prozessorstrukturen“, erläutert der Maschinenbauingenieur. „Mit Hilfe der 3D-Technik könnten beispielsweise kleine, komplexe Strukturen aus einer Vielzahl kleinster, unterschiedlich ausgerichteter optischer Komponenten hergestellt werden.“ Für die biologische und medizinische Technik ließen sich kleinste Analyse-Systeme aus Miniatur-Glasröhrchen fertigen. Zudem könnten 3D-geformte Mikrostrukturen aus Glas in unterschiedlichen Anwendungsgebieten der Optik zum Einsatz kommen, vom Brillenglas mit besonderen Anforderungen bis zur Linse der Laptop- Kamera. Das BMBF fördert die Arbeiten in der Gruppe seit 2014 für insgesamt vier Jahre mit rund 2,8 Mio. Euro. (op) ■ www.pkm.kit.edu/liquidglass.php 68 medizin&technik 03/2017
3D STECKT IN ALLEN BEREICHEN Moulding Expo 2017 | Zur internationalen Fachmesse für den Werkzeug-, Modell- und Formenbau werden rund 700 Aussteller aus 30 Ländern erwartet. Im Fokus der Veranstaltung liegen die generativen Fertigungsverfahren. Generativ gefertigte Formeinsätze aus Kunststoff, mit denen Muster und Kleinserien gespritzt werden können Bild: Alphacam Generative Technologien sind im Werkzeug- und Formenbau schon lange im Einsatz, vom Entwurf bis zum Produkt. Doch es gibt weitere Anwendungsmöglichkeiten. Der Branchentreff Moulding Expo 2017 will die Synergien zwischen neuen und etablierten Verfahren zeigen. Neben allgemeinen Themen bietet die Messe laut Veranstalter Platz, um sich über konkrete Lösungen zu informieren. Projektleiter Florian Schmitz: „Alle denkbaren Anwendungen, vom klassischen Prototypenbau über den Aufbau konturnah kühlbarer Werkzeugeinsätze bis zur Fertigung von Präge- und Schneidwerkzeugen oder zum Rapid Tooling wird man bei den Ausstellern finden.“ Die Nähe zum nationalen und internationalen Werkzeugbau ist für Unternehmen des 3D-Drucks auf der Moulding Expo das entscheidende Kriterium. Jürgen Groß, Vertriebsleiter bei der Alphacam GmbH, Schorndorf, war schon bei der Premiere dabei. „Wir drucken aus Kunststoff Formeinsätze, mit denen Muster und Kleinserien gespritzt werden können. Das ist das innovative Thema schlechthin für Werkzeug-, Modell- und Formenbau, und somit ist die Moulding Expo für uns der richtige Ort, um diese Anwendungen zu präsentieren“, sagt Groß. Auch die Berthold Hermle AG in Gosheim ist zum zweiten Mal dabei. „Die Moulding Expo ist zu einer echten Fachmesse für den Werkzeug-, Modell- und Formenbau und deren Umfeld geworden“, erklärt Hermle-Marketingleiter Udo Hipp. Auch die generativen Verfahren fänden hier immer mehr Anklang. Dazu hat das Unternehmen ein Metall-Pulver-Auftragsverfahren zur Industriereife entwickelt. „Eine vielseitige Technik zur generativen Herstellung großvolumiger Bauteile aus Metall“, so Hipp. Als Messeneuheit werden Kupfer-Stahl-Kombinationen bei additiv gefertigten Bauteilen zu sehen sein. Eine Messe, viele Partner Im Fokus der Messe stehen der Werkzeug-, Modell- und Formenbau mit Spritzgieß-, Druckguss-, Gießerei-, Stanzund Umformwerkzeugen sowie Verfahren des Modell- und Prototypenbaus. Fachforen und Sonderausstellungen ergänzen das Angebot. Die Landesmesse Stuttgart ist der Veranstalter. Sie wird unterstützt vom Bundesverband Modell- und Formenbau (MF), dem Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA), dem Verband Deutscher Werkzeug- und Formenbauer (VDWF), dem Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken (VDW) sowie dem Weltverband der Werkzeug- und Formenbauer ISTMA. su www.moulding-expo.de 03/2017 medizin&tec hn i k 69
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