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Unglaublich: 3D-Druck dünner als ein Haar

Neues Zeitalter der additiven Fertigung beginnt

UpNano - Neues 3D-Druckmaterial und der schnellste Hochpräzisionsdrucker der Wiener UpNano GmbH ermöglichen in der additiven Fertigung völlig neue Ansätze. Der Fokus liegt dabei auf Entwicklung, Herstellung und Kommerzialisierung von hochauflösenden 3D-Drucksystemen auf Basis der 2-Photonen-Polymerisation. Eine Innovation, die z.B. eine dem menschlichen Körper ähnliche Mikroumgebung schafft und es erlaubt Mikrobauteile mit Strukturdetails ≥170 nm zu drucken.

Eine neue Ära im 3D-Druck beginnt

Der anhaltende Trend zur Miniaturisierung verlangt nach immer kompakteren und leistungsfähigeren Produkten mit immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen. Die Anforderungen an Mikroteilen im Produktionsbereich sowie in der akademischen und industriellen Forschung werden immer anspruchsvoller. Um mit diesen Entwicklungen Schritt zu halten, ist die Industrie bestrebt, ständig nach neuen, präziseren, effizienteren und rentableren Produktionsmethoden zu suchen. Die UpNano-3D-Druck-Spezialisten - die auch am 10. Mail auf dem 16. Deutschen Innovationsgipfel in München mit dabei sein werden - haben ein geniales Verfahren entwickelt.

Etablierte 3D-Drucktechnologien wie die (Mikro-)Stereolithographie können solche hochaufgelösten Mikroteile nicht herstellen, da die minimale Auflösung solcher Systeme im Bereich von 20 µm liegt. Das von UpNano entwickelte 3D-Drucksystem NanoOne ermöglicht es Anwendern aus unterschiedlichen Branchen, bereits ab der ersten produzierten Charge hochaufgelöste mikrostrukturierte Bauteile für ihre spezifischen Anwendungen kosteneffizient herzustellen. Dieses System kann in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, die von der Elektronik über die Mikrooptik bis hin zu biokompatiblen Anwendungen in der Zell- und medizinischen Forschung reichen.

Ein neuartiges Material für den 2PP-3D-Druck wird zu einer bahnbrechenden Innovation auf dem Markt für In-vitro-Fertilisation (IVF) beitragen. UpFlow, ein von der UpNano GmbH (Österreich) entwickeltes photopolymerisierendes Material, ermöglicht den schnellen und präzisen 3D-Druck von Mikroumgebungen für eine neuartige dynamische Zellkultur. Dieses vom IVF-Spezialisten Fertilis Pty Ltd (Australien) entwickelte System bietet eine besser kontrollierte und weniger variable Umgebung für Embryonen vor der Implantation und ahmt den menschlichen Körper näher nach als andere derzeit auf dem Markt erhältliche Produkte.

UpNano wurde im September 2018 als Spin-out der TU Wien gegründet und ist ein Wiener Hightech-Unternehmen mit Fokus auf Entwicklung, Herstellung und Kommerzialisierung von hochauflösenden 3D-Drucksystemen auf Basis der 2-Photonen-Polymerisation. Mit dem ersten kommerziellen Produkt, dem Drucksystem NanoOne, können Mikrobauteile mit Strukturdetails ≥170 nm gedruckt werden. Durch den sehr schnellen Druckprozess können auch mesoskalige Teile bis zu mehreren Zentimetern Höhe realisiert werden.

Zusammen mit einem NanoOne 2PP 3D-Drucker von UpNano ermöglicht dies eine 30- bis 40-prozentige Verkürzung der Implantationszyklen, die normalerweise erforderlich sind, um schwanger zu werden, und erspart so den emotionalen und finanziellen Schmerz der Patientinnen.

In-vitro-Fertilisation (IVF) ist eine stressige Zeit. Nicht nur für Eltern, sondern auch für Embryonen. Um sie sicher und gesund zu halten, müssen sie während der Präimplantationsphase wiederholt wechselnden Bedingungen ausgesetzt werden. Dies verursacht nicht nur erheblichen Stress, sondern erhöht auch das Misserfolgsrisiko, wodurch wiederholte IVF-Zyklen erforderlich werden. Um den Stress für den Embryo zu reduzieren und die Erfolgsraten der IVF zu erhöhen, hat Fertilis daher eine einzigartige Umgebung für die kritische Lebensphase zwischen Befruchtung und Implantation des Embryos entwickelt und patentieren lassen.

Dieses erste 3D-gedruckte Mikrogerät seiner Art verfügt über einen Durchmesser von 0,05 mm und ermöglicht die präzise Überwachung und Steuerung des Kultivierungsprozesses der befruchteten Eizelle, sodass IVF-Praktiker die Zellen nicht mehr zwischen Petrischalen bewegen müssen.

Dünner als menschliche Haare

Und genau diese winzigen Merkmale – Kanäle mit einem Durchmesser dünner als ein menschliches Haar – erwiesen sich in der Produktion als Herausforderung – insbesondere bei Materialien und Druckern anderer Hersteller. Denise Hirner, Chief Operating Officer und Mitbegründerin von UpNano, erklärt den Vorteil der neuesten Erweiterung des Materialportfolios des Unternehmens: „UpFlow bietet eine niedrigere Viskosität als jedes andere 2PP-Material mit vergleichbarer Biokompatibilität. Dies ermöglicht eine weit überlegene Nachbearbeitung. Insbesondere das Spülen der sehr feinen Kanäle, um unpolymerisiertes Material zu entfernen und die Reproduzierbarkeit von Strukturelementen sicherzustellen.“

UpNano erreichte dies durch die Auswahl spezifischer Basisharze für das UpFlow-Material, die die Viskosität beibehalten, bis eine abschließende UV-Belichtung das Material aushärtet und gebrauchsfertig macht.

Außergewöhnliche Beschleunigung der Produktion

Fertilis verwendet UpFlow mit einem NanoOne-Drucker, der kürzlich an die Australian National Fabrication Facility (ANFF) an der University of South Australia geliefert wurde. Dieser Drucker verbessert nicht nur die Qualität des 3D-gedruckten Mikrogeräts zur Inkubation von Embryonen, sondern auch die Produktionsgeschwindigkeit, wie Marty Guavin, CEO von Fertilis, erklärt: „Früher dauerte der 3D-Druck unserer mikrofluidischen Geräte volle zwei Wochen . Jetzt nur noch 4h. Das ist eine außergewöhnliche Beschleunigung des Produktionsprozesses. Und das Beste ist, dass die Verwendung von UpFlow zu einem qualitativ besseren Produkt führt als zuvor.“

Aber hier hört die Verbesserung des Produktionsprozesses nicht auf. Die Verwendung eines NanoOne ermöglicht es auch, die Vorteile seiner adaptiven Auflösungstechnologie voll auszuschöpfen. Dies kann die Fokusbreite des Laserstrahls während des Druckens modulieren.

Dadurch können größere und kleinere Merkmale in einem Durchgang gedruckt werden, was die Produktionszeit und -qualität erhöht. Denise Hirner ergänzt: „Das mikrofluidische Gerät von Fertilis hat sowohl winzige Kanäle als auch größere Strukturen, um das Gerät mit Schläuchen zu verbinden, die für den Inkubationsprozess notwendig sind. In der Lage zu sein, über eine Reihe von Skalen – von Nanometern bis Zentimetern – zu drucken, kann der NanoOne dies alles in einem einzigen Produktionszyklus.“ Dadurch wird der feste Sitz der Verbindungsstücke an den Schläuchen erheblich verbessert und das Risiko eines Auslaufens verringert.

Zusammengenommen schützen mikrofluidische Geräte, die mit UpFlow auf einem NanoOne-Drucker hergestellt wurden, den Embryo und ermöglichen automatisierte Veränderungen des Nährmediums, das den Embryo umgibt. Dies bietet die am besten optimierte Wachstumsumgebung, die jemals für IVF entwickelt wurde. Marty Guavin fügt hinzu: „Unser Gerät ermöglicht die Befruchtung, Embryokultur und Kryokonservierung von Embryonen in einer einzigen Struktur – kein Bewegen der Embryonen mehr von Hand. Dies erhöht die Erfolgsquote deutlich und reduziert Zeit, Kosten und Stress für die Eltern.“

UpNano ist nur eines von vielen Start-ups, die auf dem Deutschen Innovationsgipfel am 10. Mai in München spannende Innovationen und Lösungen vorstellen werden, die praktisch jedes Unternehmen einsetzen könnte. - Einen kleinen Vorgeschmack?

www.deutscher-innovationsgipfel.de

PREVIEW onlinePressekontakt
UpNano
Denise Hirner
Chief Operating Officer, Gründerin
Modecenterstr. 22, D36
A 1030 Wien
T.: +43 1 - 8901 - 652
M.: +43 -676 3943 728
eMail: denise.hirner@upnano.at



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Das Wiener Start-up UpNano revolutioniert den 3D-Druck, leitet eine neue Ära der additiven Fertigung ein.
Quelle: UpNano
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