Mit einem neuen Verfahren für direktes Laserschreiben können bis zu 100 nm kleine Strukturen wiederholt aufgelöst und neu geschrieben werden. Die Entwicklung eröffnet der 3D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen.
Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl ähnlich wie ein Stift in einem Fotolack die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln, die man auch wieder löschen kann, war eine der großen Herausforderungen beim Direkten Laserschreiben“, sagt Prof. Christopher Barner-Kowollik vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).
Struktur mehrfach ändern
Dies ist den Wissenschaftlern nun gelungen: Sie haben eine Tinte mit einer reversiblen Bindungsverknüpfung entwickelt, deren Bausteine sich wieder voneinander trennen lassen. Das Gedruckte wird einfach gelöscht, indem es in eine Lösungschemikalie getaucht wird. An der gelöschten Stelle kann wiederum erneut geschrieben werden, so dass die Struktur mehrfach verändert werden kann.
Das Verfahren entstand in enger Kooperation mit der Gruppe von Prof. Martin Wegener am Institut für Angewandte Physik und am Institut für Nanotechnologie am KIT. Die Physiker entwickelten die hochspezialisierten 3D-Drucker, mit denen durch Direktes Laserschreiben bis zu 100 nm feine Gerüste entstehen.
3D-Designer-Petrischalen
„Die Tinte mit Sollbruchstellen bietet eine Vielfalt an Anwendungen“, betont Doktorand und Erstautor Markus Zieger. Mit löschbarer Tinte geschriebene Formen lassen sich in Strukturen aus nicht-löschbarer Tinte integrieren: So wird es möglich, beim dreidimensionalen Druck Stützkonstruktionen – ähnlich wie beim Brückenbau – herzustellen und sie im weiteren Fertigungsprozess wieder zu entfernen. Für die Biologie ließen sich 3D-Designer-Petrischalen weiterentwickeln, die jüngst ebenfalls am KIT entworfen wurden, um Zellkulturen im Labor in passgerechter Raumstruktur wachsen zu lassen. „Man könnte während des Zellwachstums Teile des dreidimensionalen Mikrogerüstes wieder entfernen, um zu untersuchen, wie die Zellen auf die veränderte Umgebung reagieren“, erläutert Martin Wegener. Denkbar sei es auch, künftig mit Hilfe löschbar geschriebener, leitender Strukturen reversible Drahtbindungen als elektronische Bauteile herzustellen, so der Wissenschaftler. Durch das Mischen einer permanenten und einer nichtpermanenten Tinte ließen sich zudem die Eigenschaften des gedruckten Materials beeinflussen und es zum Beispiel mehr oder weniger porös machen.
Bedeutung von 3D-Druck nimmt zu.
Die beteiligten Wissenschaftler stellen das neue Verfahren unter dem Titel „Cleaving Direct Laser Written Microstructures on Demand“ erstmals in der renommierten Fachzeitschrift Angewandte Chemie vor. Bereits heute ist 3D-Druck in vielen Fertigungsbereichen unverzichtbar, und seine Bedeutung nimmt zu. “Es wird geschätzt, dass im Jahr 2030 vielleicht zehn Prozent aller Güter 3D-gedruckt werden“, sagen Barner-Kowollik und Wegener.
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