Hochpräziser 3D-Drucker der TU Wien bricht Geschwindigkeitsrekorde

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Lichtaktive Moleküle härten Kunststoff

Nicht nur die Mechanik spielt beim 3D-Drucker eine entscheidende Rolle, auch Chemiker hatten bei dem Projekt viel zu tun: „Das Harz enthält Moleküle, die vom Laserlicht aktiviert werden. Diese können dann an anderen Bausteinen, sogenannten Monomeren, eine Kettenreaktion auslösen, sodass sie fest werden“, erklärt Jan Torgersen. Diese sogenannten „Initiator-Moleküle“ werden nur dann aktiviert, wenn sie gleichzeitig zwei Photonen des Laserstrahls absorbieren – und das geschieht genau dort, wo der Laserstrahl extrem stark fokussiert ist. Im Gegensatz zu konventionellen 3D-Drucktechniken kann das Material an jedem gewünschten Ort im Volumen ausgehärtet werden.

Die neue Schicht entsteht also nicht auf der Oberfläche der vorhergehenden Schicht, sondern im Volumen des flüssigen Harzes. Dadurch spielt, im Gegensatz zu konventionellen 3D-Druckern, die Oberflächenbeschaffenheit der Schicht keine Rolle. Weil die Oberfläche nicht für das Auftragen der nächsten Schicht präpariert werden muss, ergibt sich somit eine erhebliche Zeitersparnis. Das Team um Professor Robert Liska (Institut für Angewandte Synthesechemie, TU Wien) entwickelte die passenden Zutaten für diese Harz-Mischung.

Expertengruppen rund um 3D-Druck unter einem Dach

Forschung an 3D-Druckern gibt es mittlerweile weltweit – an Universitäten wie in der Industrie. „Unser großer Wettbewerbsvorteil an der TU Wien ist, dass wir hier Expertengruppen für alle Teilbereiche unter einem Dach versammelt haben“, meint Jürgen Stampfl. Ob Materialkunde, Prozess-Know-How oder Lichtquellen – an all diesen Bereichen wird gleichzeitig geforscht. So lassen sich die Ideen der einzelnen Forschungsgruppen von Anfang an optimal aufeinander abstimmen.

Durch die nun erreichte hohe Geschwindigkeit kann man in einem gegebenen Zeitraum viel größere Objekte herstellen als bisher. Das macht die Zwei-Photonen-Lithographie für die Industrie interessant. An der TU Wien wird derzeit nach bio-kompatiblen Harzen für medizinische Anwendungen gesucht. Mit ihnen könnte man maßgeschneiderte Strukturen bauen, die lebende Zellen als Gerüst benutzen können, um biologisches Gewebe nachzubilden. Der Drucker eignet sich jedoch auch für die Herstellung präziser Bauteile für die biomedizinische Anwendungen sowie für die Nanotechnologie.

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