Neue 3D-Drucktechnik mit hoher Geschwindigkeit im Mikrobereich

Forscher der Stanford University haben ein neuartiges Verfahren für den 3D-Druck mikroskopisch kleiner Partikel entwickelt. Die sogenannte r2rCLIP-Technik (Roll-to-Roll Continuous Liquid Interface Production) ermöglicht die Herstellung von bis zu einer Million maßgeschneiderten Mikropartikeln pro Tag.

Die winzigen Teilchen finden vielfältige Anwendungen, etwa in der Medikamenten- und Wirkstofffreisetzung, Mikroelektronik, Mikrofluidiksystemen oder als Schleifmittel in der Feinmechanik. Allerdings stellte die präzise Abstimmung von Lichtprojektion, Bewegung und Materialeigenschaften für eine skalierbare Fertigung bisher eine Herausforderung dar.

“Mit r2rCLIP können wir nun deutlich komplexere Formen im mikroskopischen Maßstab und aus einer Vielzahl von Materialien herstellen – bei einer Geschwindigkeit, die für Partikelproduktion bislang unerreicht war”, erklärte Jason Kronenfeld vom DeSimone-Labor, Erstautor der in Nature veröffentlichten Studie.

Die neue Methode baut auf dem CLIP-Verfahren (Continuous Liquid Interface Production) auf, bei dem UV-Licht projiziert wird, um flüssiges Harz schichtweise auszuhärten. Durch eine sauerstoffdurchlässige Zwischenschicht wird verhindert, dass das Material an der Lichtquelle anhaftet.

Im r2rCLIP-Prozess wird ein langer Harzfilm durch verschiedene Stationen geleitet: Bedruckung, Waschen, Aushärten und Ablösen der Partikel. Am Ende wird der leere Film wieder aufgerollt, ähnlich einer Fertigungsstraße. Die Automatisierung ermöglicht die Massenproduktion, während frühere Ansätze aufwendige manuelle Nachbearbeitung erforderten.

“Wir bewegen uns auf einer schmalen Gratwanderung zwischen Geschwindigkeit und Auflösung. Unser Ansatz vereint hohe Detailschärfe und die für viele Anwendungen geforderten Produktionsraten”, so Kronenfeld. Die Forscher experimentieren bereits mit harten Keramik- und weichen Hydrogel-Partikeln für Bereiche wie Mikroelektronik oder kontrollierte Wirkstofffreisetzung.

Details zu der Forschung sind im Fachartikel “Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles” veröffentlicht.