Hot Lithography Technology (HLT)

Einführung zur Hot Lithography Technology (HLT)

Das Unternehmen Cubicure hat mit der Hot Lithography eine Technologie entwickelt, die die Verarbeitung hochvisköser Harze und Pasten ermöglicht. Dazu entwickelte man einen speziellen Beheizungs- und Beschichtungsmechanismus, die für sehr schlagzähe und temperaturbeständige Kunststoffe sorgen. Auch bei Arbeitstemperaturen von maximal 120 Grad ist eine außergewöhnliche Präzision realisierbar.

Da die hohen Temperaturen neben der Viskosität auch Einfluss auf die Stabilität und Reaktivität haben, müssen die Prozesse genauestens gehandhabt und kontrolliert werden. Die Prozesse haben Auswirkungen auf die Form und das Material. Deshalb wurden diese Prozesse verbessert, was zu einer größeren Auswahl an druckbaren möglichen Geometrien und einsetzbaren Photopolymeren geführt hat.

Herausforderungen und Lösungen der Hot Lithography Technology

Eine besonders große Herausforderung während des Strukturierungsprozesses stellte die Möglichkeit der Beheizung der aufgetragenen dünnen Schicht des Rohmaterials dar. Es galt hier, Temperaturspitzen und auch lokale Überhitzungen zu vermeiden, da die verwendeten Materialien nur bestimmten Temperaturbereichen ausgesetzt werden durften. Dies war nun mit der von Cubicure entwickelten Heissschicht-Technologie/Hot Lithography Technology möglich. Gleichzeitig hat Cubicure Hochleistungspolymere entwickelt, die bei Raumtemperatur höchstviskos bis fest sind. Diese konnten durch die bisherigen STLA-Anlagen nicht verarbeitet werden. Da die Viskosität vieler Fluide sehr stark temperaturabhängig ist, entwickelte man einen beheizten Strukturierungsprozess. Dieser musste aber auch Sicherheiten gegenüber einer möglichen unkontrollierten thermischen Polymerisation der jeweiligen Harze bieten musste. Deshalb kombinierte man die aus den SLA-Anlagen bereits bekannte Lasertechnologie mit einem beheizbaren Beschichtungssystem. Dank dieser Hot Lithography Technology ist es möglich, das Molekulargewicht, die Funktionalität und die chemische Beschaffenheit der künstlich hergestellten Harze maßzuschneidern.

Materialqualität und Anwendungen der HLT

Durch die HTL ist die Nutzung hochmolekularer chemische Ausgangsstoffe für den präzisen 3D-Druck möglich. Die Bauteile selbst haben eine hervorragende Materialqualität und eine sehr glatte Oberfläche.

Technischer Ablauf des HLT-Verfahrens

Damit die Harze bearbeitungsfähig sind, werden sie durch den speziellen Beheizungsmechanismus auf maximal 120 Grad Celsius erwärmt. Während der Prozessschritte kann die Temperatur individuell reguliert werden. Wurde die für das entsprechende Photopolymer ideale Verarbeitungstemperatur erreicht, wird nun das 3D-Objekt mit Hilfe eines hochpräzisen Laser-Scanners, der mit Lichtwellenlängen von 375 nm im ultravioletten Bereich und mit 405 nm im sichtbaren blau-violetten Bereich aufgebaut.

Zu den einsetzbaren Materialien gehören unter anderem die von Cubicure entwickelten Hochleistungspolymere Cubicure Evolution +, Precision +, Evolution FR + und ThermoBlast +.

Vorteile der Hot Lithography Technology

Genau wie die Stereolithographie ermöglicht auch die Hot Lithography die Herstellung von farbigen, transparenten und farblosen Teilen. Gefüllte und eingefärbte Materialsysteme können ebenfalls Verwendung finden.

Weitere Vorteile der Hot Lithography Technology liegen unter anderem in der Herstellung sehr präziser Kunststoffteile, welche auch für industrielle Anwendungen geeignet sind, und dass die Bauteile eine gute Schlagzähigkeit und Wärmeformbeständigkeit aufweisen sowie in der hervorragenden Oberflächenqualität. Für die hohe Detailgenauigkeit sorgt ein Laser, welcher einen Durchmesser von gerade einmal 10 µm hat.

Eingesetzt werden die mit der Hot Lithography additiv gefertigten Kunststoffbauteile unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Medizintechnik, in der Kommunikations- und Informationstechnologie, in der Biotechnologie und in weiteren Branchen.

Die HLT stellt die Schnittstelle zwischen Stereolithographie (SLA) und pulverbasierten additiven Herstellungsmethoden dar: aus beiden Bereichen vereint sie die entsprechenden Vorteile.

Technische Spezifikationen der Hot Lithography

Mit der HLT lassen sich Wanddicken ab 0,1 mm und Schichtdicken zwischen 50 und 100 µm realisieren. Die Bauteile können eine maximale Größe von 20 x 10 x 30 cm aufweisen und in einem Ablauf gefertigt werden. Die Toleranz liegt bei +/- 0,05 mm, die Reproduzierbarkeit bei +/- 0,01 mm. Das verarbeitete Material ist nur bedingt UV-beständig, nach dem Bauprozess muss eine Reinigung erfolgen.

Tabelle der Vor- und Nachteile des HLT-Verfahrens

Vorteile	Nachteile
Präzise Fertigung von hochviskosen Harzen	Bedingte UV-Beständigkeit
Herstellung von schlagzähen und temperaturbeständigen Kunststoffen	Notwendigkeit einer Nachreinigung
Ermöglicht eine größere Auswahl an Geometrien und Photopolymeren	Hohe Temperaturen erfordern genaue Kontrolle
Verarbeitung von Hochleistungspolymeren
Exzellente Oberflächenqualität

Ausblick auf die Zukunft des HLT-Verfahrens

Aktuell ist das Hot Lithography Verfahren eine der fortschrittlichsten Techniken im Bereich des 3D-Drucks. Doch wie in jedem technologischen Bereich ist die Weiterentwicklung rasant. Es werden immer neue Materialien und Technologien entwickelt, die möglicherweise zu Verbesserungen führen könnten. Insbesondere im Bereich der Nanotechnologie und der Biotechnologie könnten zukünftig noch präzisere und vielseitigere Druckmethoden entwickelt werden. Cubicure und andere Unternehmen arbeiten ständig an der Entwicklung und Verbesserung von Harzen und Techniken, um den 3D-Druck noch effizienter und vielseitiger zu gestalten.

Weitere Informationen und Links

1. Cubicure: Cubicure Hot Lithography
2. 3D-grenzenlos Magazin: Evonik und Cubicure entwickeln neues Harzsystem