Drucker, die dreidimensionale Objekte herstellen können, gibt es schon seit Jahren. An der TU Wien wurde nun allerdings ein Gerät entwickelt, das kleiner, leichter und billiger ist als gewöhnliche 3D-Drucker. Mit Druckern dieser Art könnte man in Zukunft kleine, maßgeschneiderte Objekte nach Bauplänen aus dem Internet zu Hause selbst produzieren – und so etwa teures Geld für seltene Ersatzteile sparen.
Gleich mehrere Wissenschaftsrichtungen müssen zusammenarbeiten, wenn ein 3D-Drucker entwickelt werden soll: Gebaut wurde der Prototyp in der Arbeitsgruppe von Professor Jürgen Stampfl an der Fakultät für Maschinenbau, von wesentlicher Bedeutung war auch die chemische Forschung des Teams um Professor Robert Liska – schließlich muss zunächst geklärt werden, mit welchen Arten von Kunststoff der Drucker überhaupt arbeiten kann.
Schicht für Schicht
Das Grundprinzip des 3D-Druckers ist einfach: Das gewünschte Objekt wird in einem kleinen Becken mit flüssigem Kunstharz erzeugt. Das Kunstharz hat die Eigenschaft, dass es genau dort hart wird, wo man es intensiv mit Licht bestrahlt. Schicht für Schicht wird das Kunstharz also an den richtigen Stellen beleuchtet. Verhärtet eine Schicht, wird an ihr die nächste angelagert, bis das Objekt vollständig ausgehärtet ist – „Rapid Prototyping“ nennt man dieses Verfahren. „Auf diese Weise können wir auch komplizierte geometrische Objekte mit einer genau definierten inneren Struktur herstellen, wie das etwa mit Gussverfahren niemals möglich wäre“, erklärt Klaus Stadlmann, der den Drucker-Prototyp gemeinsam mit Markus Hatzenbichler entwickelt hat.
Für Massenproduktion von immer gleichen Objekten ist diese Methode nicht gedacht – dafür gibt es billigere Alternativen. Doch der große Vorteil des Rapid-Prototyping-Verfahrens liegt darin, dass sehr einfach individuell angepasste, maßgeschneiderte Einzelstücke erzeugt werden können. Der Drucker-Prototyp ist nicht größer als eine Milchpackung, wiegt 1.5 kg und war mit € 1200 auch erstaunlich billig. „Wir werden den Drucker noch weiter verkleinern – und auch der Preis könnte sicher noch spürbar sinken, wenn man ihn in größerer Stückzahl erzeugen würde“, ist Klaus Stadlmann zuversichtlich.
Hohe Auflösung durch LED-Beamer
Die Auflösung des Druckers ist exzellent: Nur ein Zwanzigstel eines Millimeters messen die Schichten, die jeweils durch Licht verhärtet werden. Damit ist der Drucker auch für Anwendungsbereiche einsetzbar, in denen höchste Präzision erforderlich ist – etwa bei Bauteilen für Hörgeräte. Im Gegensatz zu bisher erhältlichen Druckern verwendet das Modell der TU Wien Leuchtdioden als Lichtquelle, mit deren Hilfe hohe Lichtintensitäten auf sehr kleinem Raum erreicht werden können.
Das Rapid-Prototyping-Forschungsteam der TU Wien arbeitet mit unterschiedlichen 3D-Techniken und Materialien und entwickelt immer neue Keramik- und Polymerwerkstoffe für das dreidimensionale Drucken. So ist es sogar gelungen, 3D-Objekte aus umweltfreundlichen, biologisch abbaubaren Materialien herzustellen. In Zusammenarbeit mit Medizinern und Biologen konnte kürzlich auch gezeigt werden, dass die künstlichen Strukturen, die mit dieser Beamer-Technologie hergestellt wurden, ausgezeichnet dazu geeignet sind, als Gerüst das Wachstum von natürlichem Knochen im Körper anzuregen.
Vielseitig einsetzbar
Egal also, ob man medizinische Teile braucht, die an den Patienten speziell angepasst werden müssen, ob spezielle Ersatzteile benötigt werden, die man nicht teuer um die halbe Welt schicken will, oder ob man einfach nur selbstdesignten Modeschmuck produzieren möchte: Mit den Geräten und Materialien der TU Wien steht ein kostengünstiges Werkzeug zur Verfügung, mit dem sehr komplexe dreidimensionale Bauteile in einer Vielzahl von anspruchsvollen Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen, optischen und thermischen Eigenschaften hergestellt werden können.
Materials & Matterist – neben Computational Science & Engineering, Quantum Physics & Quantum Technologies, Information & Communication Technology sowie Energy & Environment – einer von fünf Forschungsschwerpunkten der Technischen Universität Wien. Geforscht wird von der Nanowelt bis hin zur Entwicklung neuer Werkstoffe für großvolumige Anwendungen. Die Forschenden arbeiten sowohl theoretisch, beispielsweise an mathematischen Modellen im Computer, wie auch experimentell an der Entwicklung und Erprobung innovativer Materialien.
Rückfragehinweis:
Dipl.-Ing. Klaus Stadlmann
Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechologie
Technische Universität Wien
Favoritenstr. 9-11, 1040 Wien
Telefon: 43-1-58801-30857
kstad@mail.tuwien.ac.at