#Working3D: Sechs Fragen an einen Material Engineer für additive Fertigung

Es ist mal wieder Zeit für einen neuen Artikel aus der Reihe #Working3D, einer Interview-Serie, in der wir die verschiedenen Berufe in der additiven Fertigungsindustrie vorstellen. Ohne Material, kein Druck – aus diesem Grund werfen wir dieses Mal einen genaueren Blick auf die Tätigkeiten der Menschen, die hinter dem Material stehen und dieses entwickeln. Was genau machen Ingenieure, die für Werkstoffe zuständig sind? Welche Kompetenzen und Erfahrungen bringen sie mit, damit 3D-Druckmaterialien entstehen und für die additive Fertigung in den verschiedensten Bereichen angewendet werden können? Diesen Fragen sind wir im Gespräch mit Markus Lunzer nachgegangen, Team Leader für  Materials & Application beim Wiener Unternehmen UpNano GmbH. Er ging darauf ein, was ein Material Engineer mitbringen muss und wie sein Alltag in seiner Tätigkeit bei UpNano aussieht.

3DN: Könnten Sie sich kurz vorstellen?

Mein Name ist Markus Lunzer. Ich habe Technische Chemie an der TU Wien mit einem besonderen Fokus auf Synthesechemie studiert. Im Rahmen meiner Dissertation habe ich mich mit Photopolymerisation und durch Licht spaltbare Hydrogele beschäftigt. Nach Abschluss meines Studiums habe ich 2019 in der Materialentwicklung beim damals neu gegründeten 2-Photonen-3D-Druckunternehmen UpNano GmbH begonnen, bei dem ich nun nach mittlerweile vier Jahren das Material- und Applikations-Team leite.

3DN: Wann und wie haben Sie die additive Fertigung für sich entdeckt?

Während meiner Masterarbeit habe ich Moleküle synthetisiert, die sich aufgrund ihrer Struktur besonders als Photoinitiatoren für die 2-Photonen-Polymerisation (2PP) eigneten. Das ist eine besonders hochauflösende 3D-Drucktechnologie, bei der ein gepulster Laser zum Einsatz kommt und mit der es möglich ist, Bauteile mit Auflösungen im sub-Mikrometerbereich zu fertigen. Beim Testen dieser Moleküle auf damals noch experimentellen Maschinen an der Universität habe ich erkannt, wie spannend diese Technologie ist und wie viel Potential als Fertigungstechnologie in ihr steckt. Also habe ich beschlossen, mich in meiner Dissertation näher mit der Anwendung der Technologie zu beschäftigen, aber dennoch den Materialentwicklungsaspekt beizubehalten. Ich habe dann an Hydrogelen für die biomedizinische Forschung gearbeitet, die man unter Verwendung der 2PP sehr hochaufgelöst spalten kann, um z.B. Mikrokanäle zu erzeugen oder reaktive chemische Gruppen lokal freizulegen.

Der Nachteil der hohen Auflösung der 2PP war allerdings, dass sie relativ langsam war, da ein Druck-Bauteil aus vielen winzigen Voxel aufgebaut wurde. Um diese Zeit herum wurde aber im Rahmen eines Forschungsprojekts an der TU Wien am Prototyp eines wesentlich schnelleren 2PP Systems gearbeitet. Diese Maschine war die Grundlage für die Gründung der UpNano GmbH. Hiermit war es plötzlich möglich, wesentlich schneller zu drucken und damit auch in für diese Technologie ungeahnte Größen vorzustoßen, nämlich den cm-Bereich und darunter.

Mit der 2-Photonen-Polymerisation können Bauteile im Sub-Mikrobereich 3D-gedruckt werden. (Bild: Rainer Fehringer)

3DN: Was ist Ihre derzeitige Rolle bei UpNano? Wie sieht Ihr Arbeitsalltag aus?

Ich leite das Material- und Applikations-Team bei UpNano. Zusammen mit meinem Team entwickeln wir neue 3D-Druck-Materialien sowie Anwendungsprozesse und realisieren Machbarkeitsstudien zusammen mit (potentiellen) Kunden. Eine weitere wichtige Tätigkeit ist auch die Produktion und Qualitätskontrolle des bestehenden Materialportfolios. Da wir in einem Hochtechnologiebereich tätig sind, gibt es auch viel Interaktion mit Kunden und Anwendern. Nachdem unsere Kunden quer über den Globus verstreut sind, ergeben sich so auch einige interessante Reisen.

3DN: Welche Kenntnisse und Erfahrungen sind für die Arbeit als Material Engineer erforderlich?

Die Anwendungen unserer 2PP Technologie sind außerordentlich spannend, da sie viele verschiedene wissenschaftliche und technische Bereiche abdecken. Wir haben Kunden, die integrierte mikrofluidische Devices für die In-vitro-Fertilisation drucken, daneben welche, die Mikro-Optiken oder winzige Bauteile für medizinische Geräte fertigen und wieder andere, die mit Hydrogelen an 3D-Zellkulturen für die pharmazeutische Forschung arbeiten. Ich kann sagen, dass ich Wissen aus allen Bereichen, die ich im Rahmen meines breiten Studiums kennengelernt habe, auch in meiner Arbeit anwenden kann. Es gibt Kunden, für die sind Druckmaterialien mit bestimmten Charakteristiken, wie z.B. definierten mechanischen Eigenschaften wichtig. Andere benötigen wiederum möglichst farblose Materialien oder möchten am Ende des Fertigungsprozesses Bauteile aus Keramik oder Glas erhalten. Hierfür ist viel Detailwissen in der Materialherstellung aber auch in der Analytik und Metrologie nötig.

Zusammen mit Kunden entwickelt Lunzer mit seinem Team neue 3D-Druck-Materialien und Anwendungsprozesse. (Bild: UpNano)

Bei einem großen Anteil unserer Kunden handelt es sich auch um Spitzenforscher aus dem akademischen Bereich. Wir arbeiten an einer hochinnovativen Technologie, die gerade stark im Forschungsfokus steht. Insofern ist es wichtig, sich auch mit den aktuellen wissenschaftlichen Entwicklungen im 2PP Bereich auseinanderzusetzen. Das wissenschaftliche Arbeiten möchte ich nicht missen. Wir sind mit unserem Team in mehreren spannenden und hochaktuellen Forschungsprojekten von Krebsforschung über Biomedical Engineering zu hochpräzisen Fertigungstechniken involviert. Durch wissenschaftliche Publikationen können wir die Stärke unserer Technologie einem breiteren Publikum bekannt machen und das Potential der 2PP unter Beweis stellen.

3DN: Was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen bei Ihrer Tätigkeit als Material Engineer?

Das Ziel ist immer eine verlässliche und universelle Lösung für eine Fragestellung zu entwickeln, denn wir möchten einen soliden Prozess für die industrielle Fertigung anbieten. Oft zeigen sich Herausforderungen erst in einem fortgeschrittenen Produktentwicklungsstadium, da unsere Anwendung sehr breit ist und wir Größenordnungen vom Nanometer- in den Zentimeter-Bereich abdecken. Hier gilt es, diese Herausforderungen zu erkennen, die Ursachen zu identifizieren und dann entsprechend mit Know-how zu beheben. Ich bin sehr froh, mit einem Team von ausgesprochen talentierten und begeisterten Menschen zusammenzuarbeiten. Viele Lösungen erfolgen in enger Zusammenarbeit mit unserem Software- und Hardware-Team, da die drei Bereiche Material, Software und Hardware im 3D-Druck so eng verknüpft sind.

3DN: Welchen Rat würden Sie jemandem geben, der als Material Engineer arbeiten möchte?

Es ist immer gut, über die neuesten Trends und Entwicklungen Bescheid zu wissen. Wenn man gerade frisch aus der Ausbildung kommt, ist aber mitunter auch ein gewisses Umdenken notwendig. In der Forschung wird oft versucht, das anfangs schier Unmögliche möglich zu machen. Das ist sehr oft beeindruckend und ein wichtiger Anreiz für viele späteren Entwicklungen. In der Industrie geht es aber auch darum, verlässliche und stabile Lösungen für ein Problem zu schaffen. Oft zeigt sich dann, dass die einfachere Lösung, nicht nur die effizientere, sondern auch die brauchbarere und universellere ist.

Herausforderungen erkennen, Ursachen ausmachen, Lösungen vorschlagen – das gehört beim Entwickeln neuer Materialien für den 3D-Druck zum Tagesgeschäft eines Material Engineers. (Bild: Rainer Fehringer)

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*Titelbildnachweis: Markus Lunzer, UpNano