Ein wenig wie bei Raumschiff Enterprise

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Stellen Sie sich vor, dreidimensionale Objekte müssten im 3D-Druck nicht mehr Schicht für Schicht aufgebaut werden, sondern würden vielmehr wie aus dem Nichts langsam als Ganzes entstehen. Das erinnert ein wenig an das Beamen damals von Objekten auf der Enterprise. Nun, ganz so ist es natürlich nicht, aber es geht schon ein wenig in diese Richtung. Der Vergleich sei mir erlaubt.

Beim herkömmlichen 3D-Druck wird ein Objekt Schicht für Schicht gedruckt, hierbei ist die Stereolithografie ein besonders erfolgreicher Ansatz. Durch lineare Absorption von Licht muss die Photopolymerisation immer an der Oberfläche des entstehenden Objektes stattfinden. Das schränkt jedoch die Auswahl an Kunststoffen und Formvielfalt ein. Durch sogenannte Triplett-Fusionsaufwärtskonversion ist es nun möglich, mit weniger als 4 mW Leistung volumetrisch zu drucken.

Forschern an der Stanford University zusammen mit Kollegen an der Harvard University in Cambridge, USA, ist es gelungen, 3D-Objekte volumetrisch in einem stationären Harz zu drucken. Dadurch wird keine Stützstruktur mehr benötigt, sondern das Objekt wird von dem umgebenden Harz stabilisiert. Verwendet man einen blauen Laser für den 3D-Druck in einem gelatineartigen Harz, härtet dieses bei Einwirkung des blauen Lichts aus. Aber eben nicht nur am gewünschten Punkt, sondern über die gesamte Länge des Strahls hinweg.

Stattdessen benutzen die Forscher einen roten Laser, der bestimmte Nanomaterialien, die im Harz verteilt sind, genau am Brennpunkt des Lasers dazu anregen, blaues Licht zu erzeugen und so an diesem Punkt auszuhärten. Dadurch, dass der Laser kontinuierlich um den Harzbehälter herumbewegt wird, lassen sich sehr detaillierte und vor allem stützenfreie Objekte erstellen. Diese Umwandlung von Licht einer Wellenlänge in eine andere, geschieht durch eine Methode, die als Fusionsaufwärtskonversion bezeichnet wird. Wenn die Nanomoleküle unmittelbar benachbart zueinanderstehen, ist es durch diese Methode möglich, energiearme rote Photonen in energiereiche blaue Photonen umzuwandeln.

Dieser volumetrische Druckansatz ermöglicht es, sehr komplexe Objekte in kürzerer Zeit mit weniger Material zu drucken, was bislang kaum zu erreichen war. Die Forscher versuchen nun, diese Technik zu verfeinern und mehrere Punkte gleichzeitig zu drucken. Das hieße, man könnte schneller, kleiner und mit höherer Auflösung drucken.

Von diesem Verfahren wird in Zukunft sicher viel zu hören und zu lesen sein. Wir bleiben dran!

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quellen: Sanders, S. N., Schloemer, T. H., Gangishetty, M. K. et al.; Triplet fusion upconversion nanocapsules for volumetric 3D printing; Nature 604, 474–478 (2022)