Mikroproduktion Mikroproduktion: 3D-Druck im Mikroformat schafft neue Möglichkeiten

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Boston Micro Fabrication

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Die Innovationsgeschwindigkeit im 3D-Druck ist hoch –neue Materialien, Software und 3D-Drucker erobern neue Anwendungs­bereiche. Boston Micro Fabrication (BMF) hat sich mit einem neuen Druckverfahren auf die Mikroproduktion konzentriert. Erste Anwender und Dienstleister konzentrieren sich darauf, bisher Unmögliches möglich zu machen.

Die Projektionsmikro-Stereolithografie (kurz PμSL) wurde entwickelt, um die richtige Auflösung, Genauigkeit und Präzision für Bauteile im Mikroformat zu erreichen. Ein Millimeter enthält 1000 µm – in diesem Bereich entstehen Mikrochip-Komponenten und Mikronadeln zur Medikamentabgabe, Gefäßstents, elektromechanische Teile für Optik und Photonik und mikro-elektromechanische Systeme (MEMS). Der Bedarf an immer kleineren Bauteilen und Geräten wächst. Winzige Antennen für die Nutzung der 5G-Bandbreite, Mikrohalbleiter in Produkten für das Internet der Dinge oder Mikrowärmetauscher treiben die Nachfrage ebenso an, wie individuelle medizintechnische Geräte und Implantate. Doch wie stellt man die winzigen Dinge her?

Von Prototypen bis zur Serienfertigung

Bisherige Verfahren wie Mikrospritzguss, Ätzen, Mikro-CNC-Bearbeitung eignen sich für die Serienfertigung in hohen Stückzahlen. Doch die Grenzen des technisch Machbaren sind eng, Prototypen kostspielig und Individualisierung ist ausgeschlossen. Nachteile, die zu Vorteilen des 3D-Druckes werden. „Aufgrund der geringen Abmaße lassen sich in einem Bauraum von 100 x 100 Millimeter bereits Hunderte Teile in einer Charge drucken“ meint John Kawola, CEO von BMF. „Dies bedeutet im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren Effektivität und Produktivität für kleine und mittlere Serien.“ Auf dieser Basis investieren Hersteller wie Dienstleister auch im deutschsprachigen Raum in die Druckerserien des Anbieters.

Mit Mikroproduktion Unmögliches möglich machen

Das Geschäftsmodell von BMF sieht aber auch vor, neue Projekte für künftige Anwendungen voranzutreiben. „Wir identifizieren in unserem Innovationsprozess weitere Anwendungen, die erst durch unsere Technologie möglich werden“, erklärt John Kawola. Unter anderem dafür wurde ein eigenes Forschungsinstitut in San Diego im US-Bundesstaat Kalifornien gegründet. Dort konzentriert man sich auf die pharmazeutische Industrie und „Lab-on-a-Chip“-Technologien. „Wir haben eine Reihe von Projekten in diesem spannenden Anwendungsfeld auf den Weg gebracht,“ so Kawola. „Einige führen wir gemeinsam mit Kunden durch, andere aus eigenem Antrieb.“

Mikroproduktion: Wachsendes Netzwerk im deutschen Sprachraum

Die neue Technologie ist inzwischen in Deutschland angekommen. Unternehmen, die ein Musterteil fertigen lassen wollen, können dies seit 2023 vor Ort erhalten. In Sankt Georgen im Schwarzwald können Interessenten aus Deutschland, Österreich und der Schweiz den Mikro-3D-Drucker microArch S240 im 3D-Werk Black Forest besichtigen und testen. Mit 10 µm Auflösung, breitem Materialangebot und einem Bauvolumen von 100 x 100 x 75 mm eignet er sich sogar für die Serienfertigung von Endprodukten. „Das fortschrittliche Walzensystem verteilt neue Harzschichten in Sekundenschnelle“, erklärt Steffen Hägele, der die Kooperation als Sales Manager Europe von BMF betreut. „Dies ermöglicht bis zu zehnfache Druckgeschwindigkeiten, verglichen mit früheren Modellen.“

Höhere Genauigkeit und Oberflächengüte bei Bauteilen

Die Proform AG in Marly in der Schweiz verfügt ebenfalls über einen microArch S240. Das System erreicht bei einer optischen Auflösung von 10µm und Schichtdicken von 10 bis 40 µm Oberflächengüten von 0,4 bis 0,8 Ra. Es wurde beschafft, um Versuchs- und Kleinserienteile mit höherer Genauigkeit und Präzision zu erzeugen. Proform bietet seit 1991 Dienstleistungen der Additiven Fertigung für Kunden aus den Bereichen Medizintechnik, Elektronik, Uhren sowie Automotive und Wissenschaft an. Neben elf Stereolithografie-Druckern (STL) und einer FDM-Anlage werden auch die Technologien Vakuumgießen und Rapid Tooling eingesetzt. Bereits vor einigen Jahren hat sich Proform auf besonders kleine Bauteile spezialisiert.

„Seitdem suchen wir nach Technologien, mit denen wir höhere Genauigkeit und Oberflächengüte bei Bauteilen im Mikroformat erreichen können“, berichtet Paul Köhlmeier, Inhaber der Proform AG. „Der microArch S240 bringt die Verbesserungen an hoher Genauigkeit und Oberflächengüte, auf die wir so lange gewartet haben. Wir können nun Bauteile in besserer Qualität, mit schärferen Kanten und perfekter Ausprägung von Details erzeugen.“ In der klimatisierten Werkstatt werden damit hochwertige, komplexe Teile ohne sichtbare Schichtung erzeugt, die nur geringe Nachbearbeitung unter dem Mikroskop erfordern.

Wachsende Materialvielfalt für die Mikroproduktion

Auch die verfügbare Materialauswahl bestimmt den Einsatzbereich der neuen mit. Zu dem offenen Materialsystem von BMF gehören Kunstharze, die steif, zäh, hoch temperaturbeständig, biokompatibel, flexibel oder auch transparent sind. Neben technischen und biomedizinischen Kunststoffen können auch Hydrogele und Verbundharze verwendet werden, die Keramik- oder Metallpartikel enthalten.

Innovative Metallbeschichtung

Weitere Möglichkeiten eröffnet der Dienstleister Horizon Technologies, der Unternehmen von Engineering über den 3D-Druck auf einem microArch S240 bis zur Beschichtung von Mikrobauteilen unterstützt. Resistenz gegenüber bestimmten Chemikalien, metallische Anmutung und Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit lassen sich durch Beschichten schnell und kostengünstig erreichen. „Wir bieten Entwicklern und Herstellern die gesamte Prozesskette ohne Schnittstellen“, erklärt Andreas Frölich, Geschäftsführer von Horizon Technologies. „Der 3D-Druck dringt dadurch in viele neue Anwendungsgebiete vor.“

Gerade erst wurde eine Hochfrequenz-Hornantenne für das D-Band gedruckt. Anschließend wurden bestimmte Bereiche mit Kupfer beschichtet. Mit dem Beschichtungsverfahren können Metallschichten sehr gleichmäßig und konform auf eine Vielzahl von Bauteilformen und Materialien aufgebracht werden. Dies eröffnet interessante Perspektiven für alle, die mit ähnlichen Bauteilen die Prozess- und Kostenvorteile der additiven Fertigung in Verbindung mit der Metallbeschichtung nutzen wollen.

Die Autorin Laura Galloway ist Marketing Director bei BMF.