BUSCH Microsystems Consult GmbH

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3D-Druck: Präziser denn je

Nahtloser 3D-Druck in hoher Auflösung

In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik und dem Laserspezialisten LightFab erforscht BUSCH die Möglichkeiten des präzisen Aufbauens durch nahtlosen 3D-Druck hoher Auflösung – kurz: PANDA.

 

Schnellere Testergebnisse

Das Projekt entstand aus den Anforderungen der medizinischen Diagnostik, wo für unterschiedlichste Befunderhebungen zunehmend schnelle Point-of-Care-Tests statt Labortests zum Einsatz kommen. Die mikrofluidischen Chips, in die eine Probe eingebracht wird, verfügen über Kanäle im Größenbereich 50 – 200 µm mit einer Oberflächenrauigkeit von wenigen Mikrometern. Die Genauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit dieser Tests hängen vom kontrollierten, exakten Kontakt der Reagenzien ab.

 

Üblicherweise werden diese mikrofluidischen Systeme mittels Spritzguss oder Heißprägen gefertigt. Für Prototypen und Kleinserien, die zum Beispiel für Designstudien benötigt werden, sind diese Verfahren jedoch nicht wirtschaftlich.

 

Als Alternative kommen prinzipiell additive Verfahren wie der 3D-Druck infrage, die keine hochpreisige Gussform oder ähnliches benötigen, sondern das Objekt quasi in Einzelfertigung aus der Konstruktionssoftware heraus aufbauen.

 

Das Problem hierbei ist die ungenügende Auflösung der existierenden Verfahren. Die Stereolithographie erreicht die nötige Oberflächengüte, mit DLP-Verfahren (Digital Light Processing) kann die Auflösung deutlich gesteigert werden – allerdings nicht ausreichend, denn die mikrofluidischen Chips benötigen eine Pixelgröße von kleiner 10 µm. Diese ist derzeit nur bei einer zu kleinen Gesamtgröße der belichteten Fläche erreichbar und das Aneinanderreihen mehrerer Flächen ergibt durch Naht- bzw. Schnittstellen eine ungenügende Oberflächengüte.

 

 

 

Belichtung in Präzision

Ein möglicher Lösungsweg führt über ortsselektive Belichtung und Scrolling, wobei Teilbereiche der Fläche quasi-kontinuierlich belichtet werden. An die Präzision des Drei-Achs-Systems, das das Harzbad und die Belichtung bewegt, werden hierbei höchste Anforderungen gestellt; die Achsbewegungen müssen absolut synchron ablaufen und die Positionierung der DLP-Belichtung darf höchstens eine halbe Pixelgröße abweichen, um unscharfe Kanten zu vermeiden.

 

Prototypen und Kleinserien von mikrofluidischen Chips werden für die Weiterentwicklung der Point-of-Care-Diagnostik dringend gebraucht. Die Forschungsanlage, die das Fraunhofer ILT, LightFab und BUSCH Microsystems derzeit entwickeln, ist ein Beitrag dazu, diese Weiterentwicklung wirtschaftlicher und in der Folge deutlich mehr Anwendern zugänglich zu machen.

 

Derzeit werden die Anforderungen spezifiziert und das Anlagenkonzept erstellt. Bald kann mit dem Bau der Anlage begonnen werden. Im ersten Halbjahr 2023 sollen erste Musterteile vorliegen, um verschiedene Ansätze zur Belichtung nicht nur theoretisch durchzuspielen, sondern praktisch auszuprobieren.

 

Das Forschungsprojekt hat gerade erst begonnen. Wir selbst sind sehr gespannt auf den weiteren Verlauf und die Ergebnisse, die die nächsten zwei Jahre bringen – und selbstverständlich halten wir Sie hier im Kompetenzzentrum auf dem Laufenden.

Busch in Forschung und Entwicklung

Kooperationen mit dem Forschungscampus DPP und der HAWK Göttingen

Bei BUSCH Microsystems hat man sich noch nie mit dem zufrieden gegeben, was aktuell machbar, möglich oder „Stand der Technik“ ist. Es ist nicht unsere Mission, am Status quo festzuhalten. Wir haben es immer als unsere Aufgabe gesehen, die Grenzen des Möglichen, des Denkbaren, ein kleines Stück zu verschieben.

 

Photonik: Forschungscampus DPP

Derzeit beteiligt sich BUSCH am Forschungscampus DPP (Digital Photonic Production), wo die RWTH Aachen University und das Fraunhofer Institut gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft die Nutzung von Licht als Werkzeug für die Produktion von morgen erforschen.

 

Am Forschungscampus DPP wird in interdisziplinären Teams geforscht, die sich für regelmäßige Sprints bedarfsgerecht zusammensetzen. BUSCH Microsystems, der aktuell einzige Maschinenbauer unter den Wirtschaftspartnern, bringt seine Ressourcen in den definierten Kompetenzfeldern Photonic und Subtractive Production ein.

 

In der aktuellen Phase arbeitet BUSCH an der Systemintegration kaskadierter Multistrahlsysteme. Die derzeit im Bau befindliche Forschungsanlage wird mit einem Ultrakurzpuls-Lasersytem (UKP-Laser) von Edgewave und Galvanometer-Scannern und Optiken von Scanlab ausgestattet. BUSCH fertigt das passgenaue Positioniersystem aus Granitportal, Achsen und einem für die Laseranwendung passenden Gehäuse.

 

Die Herausforderung für den Maschinenbau liegt hier vor allem in der Dynamik der Positionierung, die präzise auf die Anforderungen des komplexen Gesamtsystems angepasst sein muss. Die Forschungsanlage benötigt pro Achse eine Genauigkeit von 1 µm. Ein weiteres Thema ist die Lasersicherheit, die durch das Gehäuse der Anlage und die Steuerungsfunktionen sichergestellt wird. Zeitnah werden die verschiedenen Aufgabenstellungen aus den anderen Sprints auf dem System getestet und die Erkenntnisse dokumentiert.

 

Auf der Website des Forschungscampus DPP erfahren Sie mehr über die vielfältigen Forschungsgebiete. Neben BUSCH Microsystems können Sie hier auch die weiteren aktuellen Forschungspartner kennenlernen.

 

 

 

 

Gerade ist nicht gleich gerade

Mit einem ganz anderen Thema, der Geradheit von Referenzlinealen, hat sich ein vergangenes Forschungsprojekt befasst. Wie „gerade“ ist denn eigentlich „gerade“? Das wollte Karl-Josef Schalz, Geschäftsführer von Schalz Adaptronic und Professor für Präzisionsmaschinenbau an der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK) Hildesheim Holzminden Göttingen, herausfinden.

 

Bereits 2015 kam er mit der Idee einer Ultra-Präzisions-Geradheitsmessmaschine auf BUSCH zu. Schalz wollte die Genauigkeit verbessern, mit der Referenzlineale bis zwei Meter Länge vermessen werden. Geradere Referenzlineale können Ablauffehler der Führungen in Bearbeitungs- und Messmaschinen deutlich reduzieren, ohne die Kosten für diese Maschinen unendlich steigen zu lassen. Und „gerade“ heißt in diesem Fall: eine Genauigkeit kleiner 50 nm.

 

Im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelte BUSCH einen Prototypen, der Referenzlineale bis 50 cm präziser denn je vermessen kann. Er besteht fast ausschließlich aus Granit, verfügt über eine luftgelagerte Messachse und erreicht eine Reproduzierbarkeit von 5 nm.

 

In der Kooperation von Wissenschaft und Industrie, wo Theorie und Praxis zusammenkommen, entstehen immer wieder neue Projekte zu den unterschiedlichsten Fragestellungen. Seit diesem Jahr arbeitet BUSCH mit LightFab und dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik in der Forschungskooperation PANDA, die sich mit hochpräzisem 3D-Druck beschäftigt. Dieses Projekt stellen wir Ihnen hier vor.

 

Die Vermessung des Unsichtbaren

Hochpräzisions-CT-Anlage für VisiConsult

Der menschliche Sehsinn ist ein Wunder. Wir können Millionen von Farbtönen unterscheiden, wir nehmen minimale Helligkeitsunterschiede wahr und können uns sogar im Dunklen einigermaßen zurechtfinden. Doch es gibt Grenzen. Wir können nicht in Dinge hineinsehen. Das Innenliegende bleibt uns verborgen.

 

Hier kommen die Spezialisten von VisiConsult ins Spiel. Das Familienunternehmen aus Norddeutschland fertigt für seine Kunden Röntgenkabinen und Röntgen-Sonderanlagen, für die keine Prüfungsanforderung zu komplex ist. VisiConsult macht das Unsichtbare, das Innenliegende sichtbar. „Geht nicht“ gibt es bei VisiConsult nicht.

 

Was wäre zum Beispiel, wenn per CT Werkstücke bis 80 Kilogramm Gewicht untersucht werden sollten? Nicht liegend, nicht statisch, sondern in Bewegung. Schwenkbar und neigbar, um das Unsichtbare sichtbar zu machen. Aus jedem Blickwinkel.

 

Kein Problem. Auch diese Anforderungen kann VisiConsult für seine Kunden realisieren – mit einem hochpräzisen Sieben-Achs-Bewegungssystem aus Langenlonsheim, das je nach Kundenwunsch zum Beispiel mit Doppelröntgenröhre oder Doppeldetektor mit Zeilenscanner bestückt wird.

 

Die Anlage, die VisiConsult bei BUSCH Microsystems in Auftrag gab, misst 3,2 x 2,3 x 1,2 Meter und bringt 5,5 Tonnen auf die Waage. Die Granitachsen erreichen eine Geradheit von unter 5 µm. Nach dem Direkttransport wurde das System erneut von BUSCH-Technikern vor Ort vermessen um die Genauigkeiten sicherzustellen.

 

 

 

Die CT-Anwendungen, bei denen das System zum Einsatz kommt, erfordern eine zweifache z-Achse und eine Dreh-Schwenk-Einheit. Insgesamt sind sieben verschiedene Achsbewegungen möglich, die auch über die Kontrolleinheit mit Handbedienelement direkt in der Kabine angesteuert werden können. Die präzise Positionierung der Werkstücke erfolgt über Laserführung. Jason Robbins, Head of NDT sales bei VisiConsult, beschreibt die Möglichkeiten der Hochpräzisions-Anlage als nahezu grenzenlos.

 

VisiConsult versieht die CT-Kabine standardmäßig unter anderem mit Kühlsystem, Thermometer und Hygrometer und passt alle weiteren verfügbaren Optionen an die Wünsche und Anforderungen seiner Kunden an. So wird je nach verwendeten optischen Komponenten zum Beispiel eine 300-fache Vergrößerung der Röntgenaufnahme möglich.

 

Innovationen wie diese erweitern die Grenzen des menschlichen Sehsinns. Technologie und Präzision ermöglichen das, was eigentlich unmöglich sein müsste: die Vermessung des Unsichtbaren.

Mehr Informationen zu diesem Projekt finden Sie auf der Website von VisiConsult und auf YouTube.