Anfang des Jahres haben wir Dr. Torsten Wagner und sein Forschungsprojekt „OptoSwitch“ bereits vorgestellt: Der Nachwuchs-Forscher bündelt am Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) unterschiedliche lichtadressierbare Technologien und stellt daraus ein einzigartiges Baukasten-System für lichtbasierte Analysesysteme zusammen. Um seine Forschungsarbeit zu unterstützen, wurde Im April ein 3D-Drucker des Typs ZCorp Zprint® 350 angeschafft.
» Wozu wird das neue Gerät genau eingesetzt?
Dr. Torsten Wagner: Das Projekt OptoSwitch wird vom Labor für optische Mikro- und Nanosystemtechnik, welches im Institut für Nano- und Biotechnologien verankert ist, durchgeführt. Den 3D-Drucker werden wir vor allem für die Entwicklung, Prototyping und Adaption von Messaufbauten verwenden. Denn das Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung und Integration von lichtadressierbaren Technologien in Lab-on-Chip-Systemen. Dafür müssen zahlreiche Messaufbauten konzipiert und auch in laufenden Messreihen gegebenenfalls modifiziert werden. Der Drucker soll daher die Möglichkeit schaffen, die für den Messaufbau benötigten Verbinder, Halter oder Adapterplatten schnellstmöglich zu erzeugen.
» Haben Sie ein Beispiel aus Ihrer aktuellen Arbeit?
Dr. Torsten Wagner: Beispielsweise kann eine benötigte Optik über eine im 3D-Drucker gefertigte Adapterplatte direkt passgenau auf eine Lichtquelle positioniert werden. Der schnelle und unkomplizierte Aufbau einer Messanordnung ist bisher eines der größten technischen Hürden in der Forschung. Zwar steht eine ausgezeichnete mechanische Werkstatt mit Personal zur Verfügung, aber oftmals entwickelt sich solch ein Aufbau sukzessive. Die Umlaufzeit der mechanischen Werkstatt, von der Auftragsvergabe bis zum Endprodukt, ist für solch eine sukzessive Entwicklung daher oft zu lang. Hier hilft der 3D-Drucker: Innerhalb von wenigen Stunden können entweder mehrere Versionen eines benötigten Bauteils gefertigt werden oder ein Bauteil kann sukzessive durch Validierung und Verifikation so lange modifiziert werden, bis es den Anforderungen entspricht. Sollten danach doch andere Materialeigenschaften gewünscht werden, kann nun das bereits fertig erprobte Bauteil in der Werkstatt professionell gefertigt werden. Neben der schnellen Fertigung von funktionalen Bauteilen eröffnet der Drucker aber auch die Möglichkeit, mit Demonstratoren in Besprechungen oder in der
Lehre ganz anderes an eine Thematik heranzugehen. Ein Bauteil, welches man in der Hand halten kann, ist wesentlich einfacher zu erfassen als eine abstrakte Zeichnung.
» Wie funktioniert der 3D-Drucker genau?
Dr. Torsten Wagner: Der Drucker arbeitet nach einem so genannten Pulverdruckverfahren. Die Druckersoftware zerlegt ein 3D-Modell, welches in einer CAD Software erstellt wurde, zunächst in einzelne Schichten. Ein gipsartiges Pulver wird dünn ausgerollt und die erste Schicht der zu druckenden Struktur wird mittels eines Ink-Jet-Verfahrens mit einem Bindemittel verfestigt. Danach wird der Bautisch ein wenig abgesenkt, die nächste Schicht ausgerollt und der Vorgang wiederholt sich. Dabei wächst das 3D-Objekt im Bauraum in einem Pulverbett aus losem Pulver. Am Ende des Drucks wird das lose Pulver mittels eines Absaug-Systems entfernt. Übrig bleibt eine Kopie des 3D-Modells. Diese ist zunächst noch recht zerbrechlich. In einem zweiten Schritt wird sie deshalb verstärkt, indem in das Material ein Polymer eingebracht wird. Zum Beispiel kann das gesamte Objekt in Sekundenkleber getaucht werden. Dieser zieht in das poröse Material ein und härtet dort aus. Das Ergebnis ist ein Bauteil, das eine gute Festigkeit besitzt und sogar mechanisch weiter verarbeitet werden kann.
» Profitieren von solcherart Anschaffungen auch Studierende und inwieweit
verbessern sich die Forschungsbedingungen?
Dr. Torsten Wagner: Der Campus Jülich bietet bereits hervorragende Lehr- und
Forschungsbedingungen. Dazu gehört auch die technische Ausstattung. Die Anschaffung des 3D-Druckers befähigt uns, noch schneller und flexibler, aber auch kostengünstiger unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchzuführen. Im Projekt „OptoSwitch“ beispielsweise sind auch Doktoranden, Master- und Bachelorstudenten tätig, die von der optimalen technischen Ausstattung profitieren.
» Wie sieht die Zusammenarbeit der Forschenden am Campus Jülich im Hinblick auf technische Geräte aus?
Dr. Torsten Wagner: Neben dem Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) bestehen bereits zahlreiche Kontakte zu anderen Lehr- und Forschungsbereichen innerhalb des Campus Jülich, die sich unabhängig vom Projekt „OptoSwitch“ schon mit dem Thema 3D-Druck beschäftigt haben. Eine gemeinsame Idee ist es daher, zukünftig die Anschaffungen von 3D-Druckern
abzusprechen und Wege auszuarbeiten, wie alle teilnehmenden Kolleginnen und Kollegen die verschiedenen 3D-Druck-Technologien gemeinsam nutzen können. Eine besondere Rolle fällt dabei denjenigen Kollegen zu, die zusätzliche Expertise bei den benötigten CAD-Werkzeugen mitbringen. Auch die mechanische Werkstatt begrüßt einen solchen Verbund und würde diesen mit ihren Erfahrungen in der Fertigungstechnik unterstützen. So könnte in Zukunft im gemeinsamen Verbund eine geschlossene Entwicklungskette geschaffen werden, angefangen vom Entwurf mittels CAD-Software über den Prototypenbau mittels 3D-Druckern bis hin zur Weiterverarbeitung bzw. letztendlichen Fertigung in der mechanischen Werkstatt.