KIT-Forscher erzeugen Strukturen durch Kreuzen roter und blauer, konzentrierter Lichtstrahlen

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (https://kit.edu) (KIT) haben zusammen mit Kollegen der Universität Heidelberg und der Queensland University of Technology ein Laserdruckverfahren entwickelt, mit dem sich mikrometergroße Teile innerhalb eines Wimpernschlags drucken lassen. Details sind in „Nature Photonics“ nachzulesen.

„Light-Sheet-3D-Druck“

Beim „Light-Sheet-3D-Druck“ wird blaues Licht in einen Behälter projiziert, der mit einem Harz gefüllt ist. Durch das blaue Licht wird das Harz voraktiviert. In einer zweiten Stufe liefert ein roter Laser die zusätzliche Energie, die zum Aushärten des Harzes nötig ist. Schnell drucken lassen sich aber im 3D-Druck nur Harze, die rasch aus dem voraktivierten Zustand in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren. Erst dann kann die nächste Schicht gedruckt werden.

Die Rückkehrzeit diktiert folglich die Wartezeit zwischen zwei aufeinander folgenden Schichten und damit die Druckgeschwindigkeit. „Bei dem Harz, das wir verwendet haben, betrug die Rückkehrzeit weniger als 100 Mikrosekunden, was hohe Druckgeschwindigkeiten ermöglicht“, verdeutlicht KIT-Forscher und Erstautor Vincent Hahn die Herangehensweise.

Eigenen Drucker gebaut

Um die Vorteile des neuen Harzes zu nutzen, haben die Forscher einen speziellen 3D-Drucker gebaut, in dem blaue Laserdioden zum Einsatz kommen, um Bilder mithilfe eines hochauflösenden Displays mit hoher Bildfrequenz in das flüssige Harz zu projizieren. Der rote Laser wird zu einem dünnen „Lichtblatt“-Strahl geformt und kreuzt den blauen Strahl senkrecht im Harz.

Mit dieser Anordnung hat das Team mikrometergroße 3D-Teile in wenigen hundert Millisekunden gedruckt. Dabei soll es jedoch nicht bleiben: „Mit empfindlicheren Harzen könnten wir sogar LEDs statt Laser in unserem 3D-Drucker einsetzen“, ergänzt KIT-Experte Martin Wegener. „Letztlich wollen wir zentimetergroße 3D-Strukturen drucken und dabei die Auflösung im Mikrometerbereich und die hohe Druckgeschwindigkeit beibehalten.“