Das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hat gemeinsam mit der University of Hongkong aus China am 3D-Druck im Nanobereich geforscht und dabei eine neue Technik zur Steuerung des Lichts eines ultraschnellen Laser entwickelt, der zu schnellen 3D-Druckraten im Nanobereich führt. Das ermöglicht Herstellungsgeschwindigkeiten, die tausendmal schneller als bestehende Zwei-Photonen-Lithographieprozesse (TPL) überlegenen Auflösung sind, heißt es in einer Pressemitteilung.
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Femtosekunden-Projektions-TPL (FP-TPL)
Der Femtosekunden-Projektions-TPL (FP-TPL) ist ein innovativer 3D-Druck im Nanomaßstab, der bestehende TPL-Technologien verbessert. Das Verfahren kann zur Herstellung von Bioscaffolds, flexibler Elektronik, elektrochemischen Grenzflächen, Metamaterialien und anderen funktionellen Mikro- oder Nanostrukturen verwendet werden.
Statt eines einzelnen Lichtflecks mit hoher Intensität wird der hohe Durchsatz des Prozesses durch die Verwendung von einer Millionen Lichtpunkten auf einmal erzielt.
Digitale Maske als Unterstützung
Eine digitale Maske, die Projektoren ähnelt, hilft bei der Erzeugung der Lichtpunkte. Diese steuert einen Femtosekundenlaser, um bestimmte Lichtmuster im Fotopolymer zu erzeugen und eine 3D-Struktur zu verfestigen. Jede Schicht des gedruckten Objekts wird durch einen 35-Femtosekunden-Stoß von hochintensivem Licht verfestigt. Das wiederholt man Schicht für Schicht, bis die 3D-Struktur fertig ist. Im Vergleich zu den mehreren Stunden, die man mit TPL braucht, benötigt man hier circa 8 Minuten.
Da der Laser auch in eine beliebige Tiefe des Photopolymermaterials projiziert werden kann, sind zuvor unmögliche Geometrien wie 90-Grad-Überhängen oder anderes realisierbar. Schwebende Strukturen, die im Rahmen der Forschungsarbeit gedruckt wurden, blieben aufgrund der ähnlichen Dichten des erstarrten und des flüssigen Materials stabil. Die Prozessgeschwindigkeit verringerte außerdem das Risiko einer Störung der Flüssigkeit.
Keine Kompromisse notwendig
Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass das FP-TPL-Verfahren für Metalle und Keramiken angepasst werden könnte. Das schafft zahlreiche industrielle Anwendungen für den nanoskaligen 3D-Druck. Hochpräzise und komplexe Nano-3D-Objekte stellte das MIT mit dem Projekt „Implosion Fabrication“ ebenfalls in Aussicht.
Es gibt laut Sourabh Saha, Assistant Professor an der George W. Woodruff School of Mechanical Engineering von Georgia Tech und Leiter und korrespondierender Autor der Studie, üblicherweise immer einen Kompromiss zwischen Geschwindigkeit und Auflösung. Schnellere Prozesse bringen jedoch Verluste bei der Auflösung. Mit der neu entwickelten Technik hingegen lassen sich Drucke mit kleinsten Funktionen tausendmal schneller realisieren.
Video von dem Verfahren
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