Start-up-Porträt 16.06.2015, 12:00 Uhr

3-D-Druck in Glas und Kristall

Lightfab, ein Spin-off der RWTH Aachen, hat ein Verfahren zur dreidimensionalen Mikrobearbeitung von Gläsern und Kristallen entwickelt. Keine zwei Jahre nach Gründung ist das Unternehmen schon profitabel. Das Marktpotenzial ist riesig.

Quarzglas ist ein erstaunlicher Werkstoff. Temperaturen bis 1100°C und schnelle Wechsel zwischen heiß und kalt steckt es weg und dehnt sich dabei kaum aus. Auch aggressivsten Chemikalien trotzt es. Zudem ist es bestens als Isolationsmaterial in der Elektrotechnik geeignet, für Displays und Sichtfenster in Forschungsmotoren und Reaktoren. Großer Nachteil ist die schwierige Bearbeitung. Mechanische Verfahren treiben oft Mikrorisse ins spröde Material, die dem Einsatz Grenzen setzen.

Die Lightfab UG (bald GmbH) aus Aachen hat ein neues Verfahren zur µm-genauen 3-D-Bearbeitung von Quarzglas und Kristallen entwickelt, das rissfreie Oberflächen schafft. Komplexe Kanalsysteme mit Kammern und variierenden Querschnitten für Biotech-Labors und Miniaturreaktoren lassen sich damit ebenso in Glaskörper einbringen wie Normgewinde. Gläserne Membranen oder Halter für Glasfasern sind in hohem Tempo realisierbar: Pro Sekunde bohren die Anlagen der Aachener bis zu 50 Löcher mit 200µm Durchmesser in 1mm dickes Quarzglas. Das Team hat sogar ein funktionstüchtiges gläsernes Planetengetriebe mit Sonne und fünf Planeten in einem Umlaufrad von 10mm Durchmesser realisiert.

„Wie beim 3-D-Druck fährt ein Laser von Konstruktionsdaten gelenkt die gewünschte Struktur im Glaskörper ab“, erklärt Gründer Martin Hermans. Damit das Licht nicht einfach durch das Glas hindurch strahlt, wird es per Linse zum Brennfleck fokussiert. Jedes Kind kennt den Effekt vom Spiel mit Sonne und Lupe. Das Start-up führt einen etwa 2µm x 5µm feinen Brennfleck durchs Glas, indem präzise Linear-Antriebe die Linse und den Glaskörper bewegen. „Im Prinzip belichten wir ein 3-D-Foto, wobei am Brennfleck nicht-lineare Absorptionseffekte wirken, die das Material verändern“, so der Gründer. Zuletzt legt der Brennfleck feine Zugänge zur belichteten Struktur. Dann wandert der Glaskörper in ein Ätzbad. Während die Chemie dem unbehandelten Teil des Quarzglases nichts anhaben kann, löst sie die belichtete 3-D-Struktur auf.

Über die Brennweite lässt sich die Größe des Brennflecks und damit die Präzision der Bearbeitung steuern. Hermans hat das Verfahren als Doktorand am Lehrstuhl für Lasertechnik der RWTH Aachen entwickelt und mit Gruppenleiter Jens Gottmann und dem Elektronikspezialisten Jürgen Ortmann zur Reife gebracht. Zu dritt haben sie Lightfab 2013 gegründet. Zuvor hatten sie sich erfolgreich am NRW-Wettbewerb „Science-to-Business PreSeed“ beteiligt und eine Frühphasenfinanzierung erhalten.

„Das Prinzip der linearen Absorption in Glas war bekannt, aber wir haben es zu jener Produktivität gebracht, die industrielle Einsätze zulässt“, sagt Hermans. Der Bedarf ist da. Statt eine Anschlussfinanzierung an die PreSeed-Förderung zu beantragen, hat das Team 2013 erste Fertigungsaufträge angenommen. Weitere Kunden kamen hinzu – und blieben.

Hermans Promotion ruht. Seit Herbst 2014 ist er Geschäftsführer in Vollzeit. Gottman und Ortmann sind noch am Institut, planen aber den Wechsel. Ein erster fester Mitarbeiter arbeitet mit Hermans an den Fertigungsaufträgen und der Montage der Anlagen bei Kunden. Denn Lightfab fährt zweigleisig: Das Team verkauft 3-D-Drucker für transparente Mikrobauteile. Kunden, die keine eigene Anlage benötigen, können aber auch präzise Glasbauteile bei dem Start-up fertigen lassen.

Beide Geschäftszweige sind gut angelaufen. „Allerdings erleben wir gerade im Inland oft Skepsis gegenüber unserem Verfahren“, so Hermans. Internationale Kunden täten sich oft leichter. Lightfab geht auch deshalb von Anfang an auf Messen – trotz der Kosten. Aktuell steckt das Team mitten in den Vorbereitungen zur Laser World of Photonics.

Eine externe Finanzierung ist aktuell nicht geplant. Sollte die Vorfinanzierung eines Auftrags die eigenen Mittel doch mal übersteigen – alleine für die Strahlquellen der Anlagen sind sechsstellige Beträge fällig – gäbe es im Umfeld Business Angels. „Unser Ziel ist aber, aus eigener Kraft zu wachsen“, so Hermans. Die Vorzeichen stimmen. Lightfab ist jetzt schon profitabel und hat noch eine Reihe weiterer Zielmärkte im Blick.

Mögliche Kunden sollen aber keine Wunder von den Gründern erwarten. „Es ist nicht so, dass komplexe Bauteile auf Knopfdruck aus unserem 3-D-Drucker kommen. Und das erste Teil kostet nicht genau soviel wie das Tausendste“, stellt er klar. Nur bei einem Drittel gelinge die Fertigung im ersten Anlauf. Der Konstruktionsaufwand werde oft unterschätzt. Darum sei ein Prototyp teurer als die Stückkosten in einer Serienfertigung von 100.000 Stück. „Mit High-Speed-Scannern und der fast beliebigen Steigerung der Laserpulse pro Sekunde sind wir auch in der Massenproduktion konkurrenzfähig“, sagt er. Das sei strategisch wichtig: „Kunden können als Testballon Einzelteile bestellen und die Produktion dann mit uns beliebig ausweiten – bis hin zur Anschaffung eigener Anlagen“.

http://www.lightfab.de

Von Peter Trechow
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