Neuer Nano 3D-Drucker der TU Wien bricht Weltrekord

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Ein Forschungsteam der TU Wien schreibt erneut Geschichte. Nachdem die Universität bereits im letzten Jahr den kleinsten 3D-Stereolithografie Drucker erzeugt hat, veröffentlichen sie nun den schnellsten Nano 3D-Drucker der Welt.

Nachdem bereits letztes Jahr die Technische Universität Wien, die internationale Presse mit einem Stereolithografie Micro-Printer beeindruckte, legen sie nun noch einen high-speed Nano 3D-Drucker nach.

Links: Jan Torgersen. Rechts: Peter Gruber

Mithilfe der „Zwei-Photonen-Lithografie“ lassen sich 3D-Objekte im Nanometer-Bereich realisieren. Das Verfahren arbeitet dabei ähnlich wie die klassische Stereolithografie mit einem UV empfindlichen flüssigen Harz, welches in diesem Fall mit einem ultradünnen Laserstrahl belichtet wird. Dort wo der Laserstrahl auf das Harz trifft, härtet das Material aus und erzeugt so Linien im Bereich von 100nm. Somit lassen sich kleinste 3D-Objekte herstellen.

Neuer Geschwindigkeits-Rekord

Die eigentliche Revolution ist jedoch nicht das faszinierende Verfahren selbst, sondern die Geschwindigkeit, die die Forscher mit dem neuen Nano-Drucker erreichen. Während andere Drucker dieser Art nur wenige Millimeter pro Sekunde schaffen, soll das TU Modell unglaubliche 5 Meter (der Nano-Linien) pro Sekunde „drucken“. Das ist Weltrekord bei der „Zwei-Photonen-Lithografie“.
Dafür waren zwei Modifikationen, im Vergleich zum „normalen“ Stereolithografie Verfahren, notwendig. “Wesentlich war es, die Steuerung der Spiegel zu verbessern“, sagt Jan Torgersen vom Forschungsteam. Die Spiegel die den Laserstrahl umlenken sind bei diesem Drucker ständig in Bewegung und verfügen über spezielle Beschleunigungs- und Abbremsphasen. Somit wird einerseits der Druck beschleunigt, ohne dabei einbüßen bei der Präzision hinnehmen zu müssen.
Zusätzlich setzten Chemiker noch beim Harz an. Um Aushärten zu können enthält das flüssige Harz Moleküle, die vom Laserlicht aktiviert werden müssen. „Diese können dann an anderen Bausteinen, sogenannten Monomeren, eine Kettenreaktion auslösen, sodass sie fest werden“, erklärt Torgersen. Damit diese Kettenreaktion ausgelöst wird, müssen die Moleküle zwei Photonen des Laserstrahls absorbieren. Das geschieht genau dort, wo der Laserstrahl extrem fokussiert wird und das kann im Gegensatz zur üblichen Stereolithografie an jedem Ort, im flüssigen Harzbad sein. Somit müssen die Objekte nicht, wie bei anderen 3D-Drucker dieser Art an der Oberfläche „gezeichnet“ werden, sondern können ohne vorherige Präparierung der Oberfläche erstellt werden. Das spart weiters Zeit.

Das Video zeigt einen 3D-Druck in Echtzeit:

Um die Möglichkeiten eindrucksvoll zu Präsentieren, erzeugte das Team rund um Professor Jürgen Stampfl (Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologie) einen 3D-Druck des Staphansdoms in der Größe von nur 50µm.

Als nächstes möchte das Team an einem biokompatiblen Harz arbeiten, das sich auch für den Einsatz im medizinischen Bereich eignet. Somit könnte man maßgeschneiderte Strukturen bauen um darauf biologisches Gewebe zu züchten.

(c) Pictures & Link: TU-Wien