Interview: Start der ETH Zürich

Jul 11, 2023

„Wir sind in der Lage, den Silikon-3D-Druck im industriellen Maßstab auf den Massenmarkt zu bringen.“

von Sam Davies

25. September 2018

09:00

Spectroplast AG

Von Spectroplast gedruckte Soft-Roboter-Anwendungen.

In Zürich, Schweiz, wurde ein SLA-3D-Druckservice für Silikone eingeführt, der auf die Produktionsanforderungen mehrerer vertikaler Märkte ausgerichtet ist.

Spectroplast AGwurde ausgegliedertETHZürich nach fünf Jahren Forschung und Entwicklung im Bereich Silikonharze und innerhalb dieser Zeitspanne zwischen 18 und 24 Monaten Arbeit an der Hardware-Seite. Das Unternehmen wurde von einem Viererteam mit interdisziplinären Erfahrungen und Fachkenntnissen gegründet, von Doktoranden in den Materialwissenschaften bis hin zu unternehmerischem Prestige. Aber es handelt sich um eine Gruppe, die glaubt, über die Mittel zu verfügen, um Silikon-3D-Druck im industriellen Maßstab zu realisieren, und auf diese Weise vielen Kunden qualitativ hochwertige Produkte anbieten zu können.

Grundlage für diesen Service sind ein mit anderen auf dem Markt vergleichbarer Mehrwertsteuer-Photopolymerisationsprozess und zum Patent angemeldete Materialtechnologien, deren komplizierte Details hinter der verschwiegenen Hierarchie des Unternehmens geheim bleiben. Alles, was CEO und Mitbegründer Manuel Schaffner preisgeben würde, ist, dass nach Zugabe eines Additivs zu einem Silikonharz die Druckplattform in den Harztank bis zur Oberfläche des Silikons abgesenkt wird und ein Wischer einen dünnen Silikonfilm auf die Plattform aufteilt Für jede Schicht beleuchtet ein Licht die Bereiche, die verfestigt werden müssen, und durch die Wiederholung dieses Vorgangs entsteht ein verwendbares Silikonteil.

Es handelt sich um eine alternative Herstellungsmethode mit Silikon. Traditionell werden Silikonprodukte im Spritzgussverfahren hergestellt, während Unternehmen dies gerne tunFripp-DesignUndWacker gehören zu den Akteuren im Bereich der additiven Fertigung, die Technologien zur Unterstützung des 3D-Drucks des weichen Materials entwickelt haben. Fripp Designs'Picsima Diese Methode druckt bei Raumtemperatur vulkanisierenden (RTV) Silikonkautschuk, indem sie ein Grundsilikonöl nimmt, einen Vernetzer hinzufügt, um die Weichheit zu bestimmen, und dann einen Katalysator durch eine 0,2-mm-Öffnung hinzufügt, der die Silikonunteroberfläche polymerisiert. Wacker hingegen nutzt ein Drop-on-Demand-Verfahren, bei dem der Druck Silikonvoxel auf einer Bauplattform ablagert, um eine homogene Oberfläche zu bilden, bevor die Aushärtung mit UV-Licht aktiviert wird.

Spectroplast AG

3D-gedruckte Modelle aus Silikon von Spectroplast.

Die Methode von Spectroplast macht Formen überflüssig und umgeht laut Schaffner einige der typischen Herausforderungen beim Drucken von Silikon. Da es sich fast standardmäßig um eine SLA-Technologie handelt, erhöht sie auch die Druckgenauigkeit erheblich.

„Beim Drucken von Silikon gibt es zwei große Herausforderungen“, sagte erTCT . „Die erste besteht darin, dass Silikon eine sehr hohe Viskosität hat, was bedeutet, dass es sich wie ein Gel verhält und sich nicht wirklich ausbreiten möchte, und die Ausbreitung ist von entscheidender Bedeutung, um es für den 3D-Druck zugänglich zu machen. Die zweite Herausforderung besteht darin.“ Silikon verfestigt sich normalerweise bei erhöhten Temperaturen. Und sowohl die Viskosität als auch die für Silikon erforderliche Verfestigung oder Vernetzung bei höherer Temperatur stellen wesentliche Herausforderungen für den 3D-Druck dar. Mit unserer patentierten Technologie können diese Einschränkungen überwunden werden, sodass wir industrielle Standards erreichen können Silikon von hoher Präzision, das für den 3D-Druck ohne Verwendung von Formen zugänglich ist.“

Ein weiterer Vorteil der Silikondruckplattform ist die Möglichkeit zur Skalierbarkeit. Derzeit verfügt Spectroplast über eine einzige Maschine mit Baukapazitäten im Format 30 x 50 x 200 mm. Geplant ist, nicht nur die Anzahl der SLA-Systeme, sondern auch die Baufläche zu erhöhen, zunächst auf 300 x 450 x 200 mm, irgendwann in der Zukunft vielleicht sogar größer als der größte SLA-Drucker auf dem Markt. Dies trägt zum Bestreben des Unternehmens bei, eine echte Option für die additive Massenfertigung von Silikonprodukten anzubieten, und es wird erwartet, dass Spectroplast bis Ende des Jahres der Verwirklichung dieser Vision einen Schritt näher kommen wird.

Mittlerweile hat das Unternehmen auch einen erfolgreichen Umgang mit Materialien: Sein SLA-Drucker ist in der Lage, Silikonmaterialien aller Shore-Härten zwischen Shore A 00-30 und Shore A 80 zu unterstützen, sodass so weiche Teile wie Gel-Schuheinlagen bedruckt werden können Teile, die so hart sind wie Reifenprofil und Schuhabsätze. In Zusammenarbeit mit seinen Kunden möchte Spectroplast ein umfassendes Verständnis ihrer Anforderungen erlangen und dann ein Silikonmaterial entsprechend diesen Anforderungen anpassen. Das war schon von Anfang an so.

Spectroplast AG

„Wir haben begonnen, mit vielen Branchen zu sprechen, und das Ziel besteht immer darin, die Palette der für den 3D-Druck zugänglichen Materialien zu erweitern“, sagte Schaffner. „Und uns wurde klar, dass die weiche Elastomerseite derzeit fehlt, und da haben wir damit begonnen.“

Zu diesen Märkten gehören die Soft-Robotik und die Luft- und Raumfahrt, wo Flexibilität und die Möglichkeit, Gitterstrukturen zu drucken, große Vorteile bieten, oder die Bereiche Sportbekleidung, Schuhe und Babypflege, wo die Weichheit von Silikon von Nutzen sein kann. Weitere Anwendungen sind bei Wearables, Kinderspielzeug und im Unterhaltungsbereich zu erwarten. Es wird erwartet, dass der Silikonmarkt in den nächsten etwa fünf Jahren ein Volumen von mehr als 18 Milliarden US-Dollar erreichen wird. „Ihre Fantasie endet dort“, rief Schaffner aus. In Wirklichkeit wird dieses Unterfangen seine größten Auswirkungen voraussichtlich im Gesundheitswesen haben, auf das mehr als ein Achtzehntel dieser Milliarden entfällt.

Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen ISO 10993-5 und ISO 10993-10, die bestätigen, dass seine Materialien unbedenklich toxisch sind bzw. keine Hautreizungen aufweisen. Damit ebnet es den Weg für die Nutzung dieses Dienstes durch medizinisches Fachpersonal auf der ganzen Welt. Silikon ist ein Material, das seit Jahrzehnten unter anderem zur Herstellung von Hörgeräten, Implantaten, Kathetern, Dichtungen und Ernährungssonden verwendet wird. Hinzu kommt die Anpassungsfähigkeit der 3D-Drucktechnologien, die es zu berücksichtigen gilt.

„Die gesamte Gesundheitsbranche befindet sich an einem Wendepunkt, an dem Massenanpassung, maßgeschneiderte Gesundheitsversorgung und Arzneimittel gerade erst in Fahrt kommen“, bemerkte Schaffner. „Wir glauben, dass wir zumindest für weiche Implantate und medizinische Anwendungen bis zu einem gewissen Grad eine Lösung bieten können. Die langfristige Strategie ist also eigentlich medizinisch.“

Spectroplast AG

Das ist nicht schwer zu verstehen, wenn man bedenkt, dass beispielsweise mit der SLA/DLP-Technologie jährlich über 1.000.000 Hörgeräte hergestellt werden könnenSonovamacht mitEnvisionTECMaschinen oder stellen bei Bedarf Bohrschablonen mit ähnlicher Technologie her, zaxial 3D . Das Alleinstellungsmerkmal von Spectroplast ist natürlich das Potenzial, ähnliche Leistungen mit einer anderen Materialgruppe zu erzielen. Und das ist die Motivation für ein Unternehmen, das sich entschieden hat, jetzt auf den Markt zu kommen, zu einer Zeit, in der der 3D-Druck von Silikon noch in den Kinderschuhen steckt und die Massenanpassungsproduktion im Zielmarkt der Dienstleister im Aufwind ist.

„Wir sind in der Lage, den Silikon-3D-Druck im industriellen Maßstab auf den Massenmarkt zu bringen, und zwar auf eine Weise, die die Eigenschaften der Natur mit unserem revolutionären additiven Herstellungsverfahren verbindet“, bringt Schaffner zum Ausdruck. „Heutzutage ist die additive Fertigung hauptsächlich als Technologie zur Materialisierung starrer Objekte aus Metallen, Keramik und Kunststoffen bekannt. Wenn man sich jedoch anschaut, welche Materialien die Natur tatsächlich verwendet, wird uns klar, dass die Natur im Grunde den gesamten Kosmos weicher Materialien umfasst Transformation, Morphologie und Selbstheilung. Hierbei handelt es sich um nachgiebige Materialien, die sich an die Umgebung anpassen, interagieren und sich an sie anpassen. Solche weichen Materialien weisen eine Reihe einzigartiger Eigenschaften auf, die für den 3D-Druck nicht zugänglich sind oder bisher nicht zugänglich waren.

„Wir glauben, dass der 3D-Druck das Potenzial hat, den Schwerpunkt vom Rapid Prototyping auf die Massenanpassung von Funktionsteilen zu verlagern, die direkt aus dem Drucker kommen, und mit der weltweit ersten SLA-Silikon-3D-Drucktechnologie können wir die Palette der 3D-Druckmaterialien von starr bis steif erweitern.“ Materialien bis hin zu dehnbaren Elastomermaterialien wie Silikon.

von Sam Davies

25. September 2018

09:00

Möchten Sie diskutieren? Beteiligen Sie sich an der Diskussion im TCT Additive Manufacturing Network.

Holen Sie sich Ihr KOSTENLOSES Print-Abonnement für das TCT Magazine.

Stellen Sie auf der wichtigsten und einflussreichsten Veranstaltung für 3D-Druck und additive Fertigung in Großbritannien aus: TCT 3Sixty.