Schneller 3D-Druck für submikrometergenaue Strukturen

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein 3D-Druck-System entwickelt, mit dem sich in bisher noch nicht erreichter Geschwindigkeit hochpräzise, zentimetergroße Objekte mit submikrometergroßen Details drucken lassen. Dieses System präsentieren sie in einem Sonderband der Zeitschrift Advanced Functional Materials.

Ein 3D-Druck im Mikrometermaßstab wird in manchen industriellen benötigt. Aus diesem Grund beschäftigen sich immer mehr Unternehmen sowie auch Forschungseinrichtungen auf den Druck im Mikrometermaßstab. So auch die Forscher des des KIT, die ein System geschaffen haben, welches schnell submikrometergroße Details drucken kann.

Um nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Zuverlässigkeit ihres Aufbaus zu demonstrieren, hat das Team eine 60 Kubikmillimeter große Gitterstruktur mit Details bis in den Mikrometermaßstab gedruckt, die mehr als 300 Milliarden Voxel enthält. Der 3D-Druck arbeitet mit einem Laser, der flüssigen Fotolack aushärtet. Dadurch können hochpräzise filigrane Strukturen für verschiedene Einsatzbereiche wie Optik und Photonik, Materialwissenschaften, Biotechnologie oder Sicherheitstechnik realisiert werden.

Laut den Forschern konnte man typischerweise bisher mit einem einzigen Laserlichtfleck einige Hundert Tausend Voxel pro Sekunde erzeugen. Er war damit fast hundertmal langsamer als grafische Tintenstrahldrucker. Nun hat das Team des KIT und der Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane/Australien haben innerhalb des Exzellenzclusters 3DMM2O ein neues System entwickelt. Mit einer speziellen Optik wird der Laserstrahl in neun Teilstrahlen aufgeteilt, die jeweils in einen Brennpunkt gebündelt werden. Alle neun Teilstrahlen können parallel verwendet und inzwischen, dank verbesserter elektronischer Ansteuerung, auch deutlich schneller als zuvor präzise verfahren werden.

Ebenso konnten noch weitere technische Verbesserungen realisiert werden. Dadurch konnte eine Druckgeschwindigkeiten von etwa zehn Millionen Voxel pro Sekunde erreicht werden. Dennoch geht die Forschung und Entwicklung am KIT mit Hochdruck weiter. „Schließlich will man mit 3D-Druckern nicht nur das Pendant eines Blattes, sondern dicke Bücher ausdrucken“, so Hahn. Hierzu seien insbesondere auch Fortschritte in der Chemie erforderlich, beispielsweise müssten empfindlichere Fotolacke entwickelt werden, um mit der gleichen Laserleistung noch mehr Brennpunkte erzeugen zu können.

Die komplette Arbeit der Forsche wurde unter dem Titel “Rapid Assembly of Small Materials Building Blocks (Voxels) into Large Functional 3D Metamaterials” in Advanced Functional Materials veröffentlicht und kann hier kostenlos abgerufen werden.

Vincent Hahn, Pascal Kiefer, Tobias Frenzel, Jingyuan Qu, Eva Blasco, Christopher Barner-Kowollik and Martin Wegener: „Rapid assembly of small materials building blocks (voxels) into large func-tional 3D metamaterials“. Advanced Functional Materials, 10.1002/adfm.201907795.