Ein komplett an der EPFL hergestellter 3D-Drucker
Vor sechs Monaten suchten die EPFL-Professoren Christophe Moser und Jürgen Brugger einen Drucker. Aber alle Optionen waren entweder zu teuer oder entsprachen nicht dem Standard. Also beschlossen sie, einen eigenen Drucker zu bauen: einen ultradünnen Filamentdrucker, der zwei- und dreidimensional drucken kann. «Wir hatten eine gewisse Finanzierung von der EPFL, aber wir konnten keinen Schmelzelektrodrucker (MEW) finden, der unseren Anforderungen entsprach», sagt Moser. Die beiden beschlossen, die Studierenden und Ingenieurinnen der Schule auf den Fall anzusetzen: «Wir fingen bei Null an», erklärt der Designer des Prototyps, Deeke Ehmen, Ingenieur am Mikrosystemlabor 1, das zur Fakultät für Ingenieurwissenschaft und Technologie der EPFL gehört. «Wir mussten lernen, wie die MEW-Technologie funktioniert und welche Materialien wir verwenden müssen.»
Einen Drucker von Grund auf neu zu bauen, ist an sich schon eine technische Meisterleistung. Aber die Fähigkeiten der Maschine sind ebenso beeindruckend: Sie kann Teile mit einem Durchmesser von 1 bis 10 Mikrometer drucken. Zum Vergleich: Bei herkömmlichen 3D-Druckern mit Filamenten liegt die Grenze bei 100 Mikrometern. Ein weiteres herausragendes Merkmal des neuen Druckers ist seine Geschwindigkeit: Für eine 20 x 20 mm grosse Struktur benötigt er etwa zwei Minuten: «Es kommt darauf an, was man druckt, aber in der Regel ist es fertig, wenn man seinen Kaffee getrunken hat», scherzt Ehmen.
3D-Druck mit dem EPFL-Drucker © Alain Herzog 2021 EPFL
Vollständige Steuerung
Für die Forschenden ist der eigene Drucker das Beste beider Welten. Da sie ihn selbst gebaut haben und genau wissen, wie er funktioniert, ist die Konfiguration des Geräts für sie eine Selbstverständlichkeit. «Es ist das perfekte Werkzeug sowohl für die Lehre als auch für die wissenschaftliche Forschung», sagt Moser, «wir haben ein Basissystem entwickelt, das wir dann für bestimmte Materialien oder Anforderungen anpassen und verfeinern können. Der Bau eines eigenen Druckers machte auch finanziell Sinn: Der Kauf eines ähnlichen Modells hätte uns bis zu 70 000 Schweizer Franken gekostet. Aber die volle Kontrolle über das System zu haben, war der entscheidende Faktor.»
Vor allem in der Biologie bietet das Gerät eine Reihe von Möglichkeiten, etwa für die Herstellung von Gerüsten für Gewebe und Zellkulturen, aber auch für Sensoren und biomedizinische Geräte: «Da wir so viele Materialien verwenden können, darunter alle Arten von Kunststoffen, könnten wir theoretisch alle möglichen Produkte drucken», erklärt Ehmen.
Ein Beispiel für eine kleine Struktur, die in wenigen Minuten gedruckt wird © Alain Herzog 2021 EPFL
Unterstützt wurden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Paul Dalton, dem Erfinder der MEW. Sie planen, den Drucker sowohl als Forschungswerkzeug als auch für die Ausbildung in fortgeschrittenen additiven Fertigungskursen zu entwickeln. «Er steht anderen Forschenden der Hochschule, aber auch externen Forschenden zur Verfügung. Wir sind immer offen für neue Kooperationen», so Jürgen Brugger.
