Nano-3D-Druck: Schweizer Forscher fertigen Mikroobjekte aus Metall mit einem 3D-Drucker

 13. Januar 2017  Andreas Krämer  

Forscher der ETH Zürich haben ein Verfahren entwickelt bei dem mikroskopisch kleine Metallobjekte im 3D-Druckverfahren hergestellt werden können. Die Schweizer Forscher haben das Verfahren zum Patent angemeldet.

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Logo ETH ZürichMit der neuen Technik, eine Weiterentwicklung des an der ETH Zürich entwickeltem FluidFM-Systems, können in drei ineinander verschachtelten Spiralen hergestellt werden, mit einer Originalbreite von rund 50 Mikrometern. Die Wissenschaftler bewegen dafür die Mikropipette computergesteuert, um die 3D-Mikroobjekte schichtweise Pixel um Pixel herzustellen. Die Größe der Pipettenöffnung hat Auswirkungen auf die räumliche Auflösung. Zur Zeit lassen sich den Forschern zufolge einzelne 3D-Pixel von 800 Nanometern bis fünf Mikrometern Durchmesser anfertigen. Sie können zu größeren 3D-Objekten kombiniert werden. Zahlreiche beeindruckende Mikroobjekte wurden innerhalb einer Machbarkeitsstudie so hergestellt.

Die Objekte sind aus nicht-porösem, reinem Kupfer gefertigt und haben eine mechanische Stabilität, wie Analysen einer Forschergruppe von Ralph Spolenak, Professor für Nanometallurgie an der ETH Zürich herausfand. Das spektakulärste Objekt seien die drei ineinander verschachtelte Mikrospiralen, die von den ETH-Wissenschaftlern ohne Schablone und in einem Arbeitsschritt hergestellt wurden.

Nano-3D-Druck
Die Kupferobjekte werden schichtweise von der Mikropipette (blau) aufgebaut (Bild (Illustration) © ETH Zürich / Alain Reiser).

Wie Tomaso Zambelli, Privatdozent und Gruppenleiter am Labor für Biosensoren und Bioelektronik der ETH Zürich in einer Mitteilung aus 2016 erklärt, lassen sich nicht nur Kupfer auch andere Metalle damit drucken. FluidFM eignet sich den Angaben zufolge auch für den 3D-Druck von Polymeren und Verbundmaterialien.

Die neue Methode hat den Vorteil, dass mittels der Auslenkung der Blattfeder, an welche die Mikropipette gekoppelt ist, die Kräfte messbar sind, welche auf die Pipettenspitze wirken. Das Signal wird als Feedback genutzt und gegenüber anderen 3D-Druck-Systemen erkenne das Fertigungsverfahren, welche Bereiche des Objekts schon gedruckt wurden, wie ETH-Doktorand Hirt erklärte. Mit Unterstützung dieser Methode könnte der Druckprozess automatisiert werden. Von den Wissenschaftlern wurde das Verfahren zum Patent angemeldet.

Das Spin-Off der ETH Zürich, Cytosurge, wurde von der ETH Zürich lizenziert. Der Cytosurge-CEO Pascal Behr sieht in dem Druckverfahren ein großes Marktpotenzial und sei eine Chance für die Firma, sich weiter zu diversifizieren. Als erste Anwendung des Mikro 3D-Druckverfahrens sei Rapid Prototyping denkbar, bei der Mikrobauteil-Prototypen per 3D-Druck hergestellt werden.

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