Das Wiener Start-up upNano kombiniert Laser, smarte Algorithmen und 3D-Druck, um daraus in wenigen Minuten Polymerbauteile im Nano- und Mikrometerbereich zu produzieren.
Starke Laserpower, optimierte optische Aufbauten, die patentierte adaptive Auflösung und smarte Algorithmen für den Scanner erlauben einen hochpräzisen 3D-Druck. Das ist der Ansatz der upNano GmbH aus Wien, einem Spin-out der Technischen Universität. Mit ihrem Ansatz können sie bis zu 12 Größenordnungen mit Auflösungen im Nano- und Mikrometerbereich in bisher unerreichter Geschwindigkeit produzieren.
Das 3D-Drucksystem NanoOne kann Kunststoffbauteile mit einem Volumen von 100 bis 1012 Kubikmikrometer herstellen, mit feinsten Strukturdetails, wie die Firma mit der Produktion mehrer Mini-Eiffeltürme belegt. Die vier im 2PP-Verfahren hergestellten Eiffelturmmodelle befanden sich im Größenbereich von 200 Mikrometer bis 4 Zentimeter Höhe, mit exakter Wiedergabe aller feinsten Details – für ihre Herstellung wurden nicht mehr als 30 bis 540 Minuten benötigt. „Diese Leistungsfähigkeit erlaubt nun den Einsatz des 2PP 3D-Drucks für bisher unmögliche F&E und Industrieanwendungen“, heißt es in der Pressemitteilung des Start-ups.
Bislang war der 3D-Druck mittels 2-Photonen Polymerisation (2PP) zwar ein ultrapräzises Herstellungsverfahren, aber nur für einen eng begrenzten Größenbereich optimiert.Außerdem nahm die Produktion von Bauteilen im Zentimeter-Bereich extrem lange Zeit in Anspruch und erschien damit für den industriellen Serieneinsatz ungeeignet. Das NanoOne-Drucksystem erlaubt nun hochpräzise gefertigte Kunststoffbauteile mit einer Auflösung im Mikro- und Nanometerbereich sowie wahlweise in Zenti-, Milli- oder Mikrometergröße hergestellt – und das in Minuten.
„Für unser Drucksystem haben wir eine innovative adaptive Auflösungstechnologie entwickelt und patentiert“, erklärt Peter Gruber, Leiter Technologie und Mitbegründer der UpNano. „Zusammen mit ebenfalls in-house codierten Algorithmen und vor allem mit einem eigens entwickelten optischen Aufbau können wir Laser mit einer Stärke im Watt-Bereich einsetzen. Das ist zigmal stärker als bei vergleichbaren Systemen.“ Die stärkere Laser-Power liefert auch bei Anpassung der Auflösung genügend Energie, um die notwendige Polymerisation des Druckmaterials zu erzielen – ein klarer Vorteil gegenüber anderen Systemen.
„Ein Vorteil“, betont Bernhard Küenburg, Geschäftsführer der UpNano, „der insbesondere im Mesobereich voll zur Geltung kommt und unserem System dort wesentlich raschere Produktionen ermöglicht. Nimmt man unsere patentierte adaptive Auflösungstechnologie noch dazu, dann gelingt die Produktion von mehreren Zentimeter großen Bauteilen, die Strukturen von wenigen Mikrometern aufweisen, in sehr raschen Zyklen. Denn dieser Algorithmus erlaubt eine Aufweitung der Laser-Spotgröße bis zu Faktor 10, angepasst an die jeweilige Konfiguration des Bauteils.“
Ein einfacher Objektivwechsel (es stehen verschiedene Objektive mit einer Vergrößerung zwischen 4x und 100x zur Verfügung) ermöglicht mit demselben System auch die Herstellung von Stücken im Mikrobereich, die eine Auflösung im Nanometerbereich haben. Auch dieses gelingt dank des speziellen optischen Aufbaus, der optimierten Scan-Algorithmen sowie der adaptiven Auflösung mit bisher unerreichter Geschwindigkeit. Das NanoOne-System schafft so die Produktion von Bauteilen, deren Volumen bis zu 12 Zehnerpotenzen umfassen können: Kantenlängen im Mikrometerbereich sind genauso möglich wie im Zentimeterbereich und das bei höchster Auflösung. Und das alles in kürzester Zeit.
Ein Anwendungsbeispiel ist die Herstellung von Mikronadeln mit exakt dimensionierten und definierten Formen der Spitze, der Flüssigkeitskanäle und der Reservoire für den Einsatz in Medizin & Forschung. Aber auch funktionelle mikromechanische Teile wurden schon produziert. Ein Paradebeispiel ist eine funktionstüchtige Feder mit einer Höhe von 6 Millimetern, die in weniger als 6 Minuten gedruckt wurde. Auch 2-Komponententeile wurden bereits hergestellt, die bewegliche Teile umfassten und für medizintechnische Anwendungen in einem einzigen Druckvorgang hergestellt werden konnten.
Ein drittes Beispiel, bei dem der Größenordnungsumfang des Systems voll zur Geltung kommt, ist die Produktion von Filtern. Flächen von mehreren Quadratzentimetern mit Porengrößen im kleinen einstelligen Mikrometerbereich können dabei in Stunden gedruckt werden. „Diese Filter zeichnen sich durch exakt definierte Porengrößen für 100% aller Poren aus“, erklärt Bernhard Küenburg. Variationen in der Porengröße gehören damit genauso der Vergangenheit an wie unsaubere Filtervorgänge. So ermöglicht der NanoOne eine völlig neue Herangehensweise an Filtrier- und Separationsvorgänge.
