Erstmals gelingt Materialprüfung von 2PP-3D-gedruckten Teilen

Es existiert mittlerweile eine große Vielfalt an Verfahren im Bereich der innovativen 3D-Druck-Technologie. Eines dieser ist die sogenannte Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP), welche oft in Anwendungen für den 3D-Druck im Mikrometerbereich verwendet wird, wie etwa in der Mikrooptik und der Mikromechanik. Das Verfahren ist außedem attraktiv für industrielle Anwendungen und die Großserienproduktion. In Anbetracht dessen, dass diese Methode für Anwendungen mit hoher Präzision eingesetzt wird, ist die Standardisierung der Materialprüfung von 2PP-3D-gedruckten Teilen von hoher Relevanz. Auf diese Weise wird etwa dafür gesorgt, dass die produzierten Teile eine gewisse Qualität und Sicherheit aufweisen. In einer multinationalen Zusammenarbeit im Rahmen einer Studie von Forschern der Technischen Universität Wien (TU Wien), des California Institute of Technology (Caltech) und der RWTH Aachen sowie Materialexperten der UpNano GmbH gelang nun erstmals eine standardisierte Materialprüfung von (makroskaligen) 2PP-3D-gedruckten Teilen, wie etwa 35 mm großen Prüfkörpern nach ISO-Norm. Dieser Fortschritt gibt Aufschluss über ihre mechanischen Eigenschaften.

Die Studie, welche in „Advanced Materials“ veröffentlicht wurde, stellt die erstmalige Testung von 2PP-3D-gedruckten Sammelproben hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften im mm- bis cm-Bereich mit standardisierten Methoden dar. Die neuen Erkenntnisse sind dahingehend bedeutend, als dass sie dem 2PP-3D-Druck dazu verhelfen, sich zu einer Herstellungsmethode für die Massenproduktion zu entwickeln. Dies folgt aus der Tatsache, dass die Studie Verfahren für Materialprüfungen etabliert, die den Anforderungen der ISO-Normen gerecht werden können. Durchgeführt wurde die Studie mit Hilfe des 2PP-3D-Druckers NanoOne unter Verwendung von Harz-Materialien. Die Ergebnisse des Forschungsteams verdeutlichen, dass die UpPhoto und UpDraft-Harze von UpNano für makroskopische Prüfkörper den traditionellen Harz-basierten 3D-Druck mit Acrylharz (ETA/TTA) nicht nur im Hinblick auf ihre Materialqualität übertreffen, sondern zudem keine Nachbehandlung benötigen, da sie sich schnell von alleine verfestigen. Der CEO von UpNano, Bernhard Küenburg, äußerte sich folgendermaßen zu der neuen Entwicklung:

Derzeit gibt es keine anerkannte standardisierte Testmethode für mikro- oder nanoskalige 2PP-3D-gedruckte Teile. Aber selbst wenn es eine gäbe, könnten die mechanischen Eigenschaften eines großformatigen Teils nicht einfach von solchen kleinformatigen Proben extrapoliert werden. Daher ist die Arbeit des Teams der TU Wien und seiner Kollegen ein echter Durchbruch auf dem Weg zur industriellen Anwendung des 2PP-3D-Drucks.“

2PP-3D-gedruckte Teile: Testen der mechanischen Eigenschaften

Bei den getesteten mechanischen Eigenschaften des 2PP-3D-gedruckten 2PP-Materials handelt es sich zum einen um Zug-, Biege- und Härteeigenschaften und zum anderen um das Kriech- und Bruchverhalten. Das Forschungsteam verwendete dabei die Materialien ETA/TTA (ethoxyliertes (20/3)-Trimethylolpropantriacrylat (ETA) in Kombination mit Trimethylolpropantriacrylat (TTA)) und von UpNano UpPhoto sowie UpDraft. Darüber hinaus wurde der NanoOne-Drucker zusammen mit  10x und 5x Objektiven verwendet, die zu einer hohen Druckgeschwindigkeit verhelfen sollten, was notwendig für die großen Proben war. Laut dem Team Lead Materials and Application bei UpNano und letzten Autor der Studie, Markus Lunzer, seien von den drei untersuchten Materialien nur UpPhoto und UpDraft für ein Upscaling geeignet gewesen. Dies hätte an ihrem breiten Verarbeitungsfenster gelegen und ihren insgesamt ausgewogenen Eigenschaften. ETA/TTA hingegen hätte sich aufgrund seines kleinen Verarbeitungsfensters, der spannungsinduzierten Mikrorissbildung und der allgemein geringen Zähigkeit des Endprodukts als ungeeignet erwiesen. Vor allem für die additive Fertigung von mikrofluidischen Geräten birgt dies hohes Potential, da auf diese Weise komplexe interne Mikrokanalstrukturen produziert werden können. Für mehr Informationen gelangen Sie HIER zum Artikel von UpNano.

Was halten Sie von der standardisierten Materialprüfung von (makroskaligen) 2PP-3D-gedruckten Teilen? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook oder LinkedIN  mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

*Bildnachweise: UpNano