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Additive Fertigung in der Medizintechnik

Katheter aus dem Drucker

Dem Wiener Unternehmen Lithoz ist es gelungen, ein 3D-Druck-Verfahren für Hochleistungskeramiken zu entwickeln. Komplexe Geometrien aus dem Drucker schaffen mit dem patentierten Verfahren vollkommen neue Produktionsmöglichkeiten.



Die Lithoz-Gründer: Dr. Johannes Homa (links) und Dr. Johannes Patzer. Bild: Lithoz GmbH

Seit ihren Anfängen in der Stereolitografie der frühen 1980er Jahre haben sich 3D-Druckverfahren weltweit zu einem der dynamischsten und vielversprechendsten Innovationsfelder der produzierenden Industrie entwickelt. Lag der Marktwert für ‚Additive Manufacturing‘ (AM) 2012 noch bei 1,7 Milliarden Euro, rechnet man bis 2022 mit etwa der vierfachen Summe. Experten gehen davon aus, dass zwei Faktoren über den weiteren Erfolg und das Wachstum entscheiden werden: Der Wechsel vom ‚rapid prototyping‘ hin zur Serienfertigung von Endprodukten und eine größere Vielfalt der verwendeten Materialien. Die Potentiale der ‚industriellen Revolution aus dem Drucker‘ sind enorm.

So gibt Luftfahrtunternehmen Airbus beispielsweise an, dass der 3D-Druck von Bauteilen eine Gewichtseinsparung von 30 bis 55 Prozent bei gleichzeitig um bis zu 90 Prozent geringerem Rohmaterial- und Energieverbrauch in der Herstellung ermöglicht. Entsprechend setzt der Flugzeugbauer in der Produktion zunehmend auf ‚Additive Manufacturing‘-Verfahren. Auch in Deutschland werden sich Unternehmer der Bedeutung dieser Fertigungstechnologie zunehmend bewusst: Das deckt sich mit den Erkenntnissen einer repräsentativen Befragung, die der deutsche Branchenverband Bitkom Ende 2014 vorstellte. Darin wurde ermittelt, dass der Anteil an Unternehmern mit dem Glauben, der 3D-Druck werde die Wirtschaft als Ganzes revolutionieren, innerhalb von drei Prozent im Jahr 2013 auf dreizehn Prozent anstieg. Dazu glauben 76 Prozent der Befragten, dass ausgewählte Branchen durch die additiven Herstellungsverfahren umfassend transformiert werden.

Innovatives Verfahren

Zu den Innovatoren des 3D-Drucks gehört ein kleines Start-up-Unternehmen aus Wien: Die Lithoz GmbH beschäftigt heute 18 Mitarbeiter und wurde im Jahr 2011 als Spin-off der TU Wien gegründet. Seitdem konnten die Gründer, Dr. Johannes Patzer und Dr. Johannes Homa ein eigenständiges Druckverfahren ‚Lithography-based Additive Manufacturing‘ (LCM) patentieren lassen. Es ermöglicht die Herstellung feiner und komplexer Bauteile aus Hochleistungskeramik, deren Materialeigenschaften hinsichtlich Dichte, Festigkeit und Präzession hohen Anforderungen genügt. Gefragt sind solche Eigenschaften zum Beispiel in der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrtindustrie, im Automobilbau, der Uhren- und Schmuckfabrikation und im Haushaltsgüter-Bereich.

Wie im Additive Manufacturing üblich, erfolgt auch im LCM-Verfahren die Produktion direkt aus den CAD-Daten, was eine werkzeuglose und oft kosteneffizientere Herstellung bedeutet. Schicht für Schicht wird eine Kunststoffmischung aufgetragen, in der keramische Partikel homogen dispergiert sind. Das Herzstück ist ein eigens entwickeltes Projektionssystem mit spezieller Optik, das mit LED-Technologie die Schichtinformation belichtet. So kann der entstehende ‚Grünling‘ selektiv lichtgehärtet werden. Photopolymere dienen als Binder zwischen den keramischen Partikeln und ermöglichen die Formgebung sowie eine hohe Gründichte. Der so entstandene Grünkörper wird in weiteren Arbeitsschritten entbindert und gesintert.

Die bindenden Photopolymere werden in diesem Prozess thermisch zersetzt, wodurch die Keramikpartikel verdichtet (gesintert) werden. Endprodukt ist ein zu 100 Prozent keramisches Bauteil, das allen Materialanforderungen herkömmlicher Keramiken entspricht. Der Unterschied: Im LCM-Verfahren sind Formen realisierbar, die durch klassischen Spritzguss oder Pressen unmöglich wären – ab Stückzahl Eins.

Vielfältige Anwendungen

Ein Produktbeispiel sind die bioresorbierbaren Keramiken, die Lithoz als Knochenersatzmaterial entwickelt. Dieses Material – beispielsweise als Teil der Schädelplatte oder eines Kiefers eingesetzt – bietet eine gute Umgebung für die Ansiedlung und das Wachstum neuer Zellen. Zugleich kann der Körper die Keramik selbst in knocheneigenes Material umwandeln, was den Einsatz von Implantaten ermöglicht, die später nicht mehr entfernt werden müssen. Aber auch Sensorhalterungen für hochpräzise Messtechniken, in denen die Bauteile oft extremen Temperaturschwankungen und ätzenden Chemikalien ausgesetzt sind, sowie Dieselpartikelfilter für die Automobilindustrie oder Gusskerne für Turbinen in der Luftfahrt und Energieerzeugung gehören zum Produktportfolio des Unternehmens.

Lithoz erreicht eine Exportquote von 98 Prozent. Etwa die Hälfte der Kunden kommt aus Deutschland. Auch Forschungsprojekte gehören zum Aktionsradius des Keramikherstellers, u.a. in Kooperation mit den Fraunhofer Instituten und der Robert Bosch AG. Diese werden begünstigt durch eine zehn prozentige Forschungsprämie in Österreich, ab 2016 werden es zwölf Prozent sein. Zudem unterstützen die staatliche Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) und die Förderbank austria wirtschaftsservice (aws) das Jungunternehmen.

 

Innovationen aus Österreich

Lithoz ist ein Spin-off der TU Wien. Der Erfolg des Unternehmens gründet unter anderem auf umfassender Forschungs- und Innovationsförderung in Österreich. Die Österreichische Bundesregierung hat die Strategie ausgegeben, das Land „bis zum Jahr 2020 zu einem der innovativsten der EU zu machen.“ Bestandteile der Strategie sind steuerliche Anreize zur Stärkung unternehmerischer Forschung und Entwicklung sowie auch vielfältiger Fördermöglichkeiten.


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