3D-printers die werken in het millimeterbereik en groter worden steeds vaker gebruikt in industriële productieprocessen. Veel toepassingen, echter, vereisen nauwkeurig afdrukken op de micrometerschaal met een veel hogere snelheid. Onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nu een systeem ontwikkeld om zeer nauwkeurige, centimetergrote objecten met submicrometerdetails met een tot nu toe ongeëvenaarde snelheid. Dit systeem wordt gepresenteerd in een speciale uitgave van: Geavanceerde functionele materialen .

Om niet alleen de snelheid te demonstreren, maar ook de betrouwbaarheid van hun opstelling, de onderzoekers hebben een roosterstructuur van 60 kubieke millimeter geprint met details tot op de micrometerschaal. Het bevat meer dan 300 miljard voxels (een voxel is de 3D-tegenhanger van een pixel of 2D-beeldelement). "We hebben het record van 3D-geprinte vliegtuigvleugels ver overtroffen. Dit is een nieuw wereldrecord, " zegt professor Martin Wegener, Woordvoerder van het Cluster of Excellence "3-D Matter Made to Order" (3DMM2O), waarbinnen het systeem is ontwikkeld.

Voor dit type 3D-printen de straal van een laser passeert computergestuurd een vloeibare fotoresist. Alleen het materiaal dat zich in het brandpunt van de laser bevindt, wordt belicht en uitgehard. "De brandpunten komen overeen met de nozzles van een inkjetprinter, het enige verschil is dat ze driedimensionaal werken, "Vincent Hahn, eerste auteur van de publicatie, zegt. Op deze manier, zeer nauwkeurige filigrane structuren kunnen worden geproduceerd voor verschillende toepassingen, zoals optica en fotonica, materiaal wetenschappen, bio-engineering, of veiligheidstechniek.

Typisch, Er zijn tot nu toe enkele honderdduizenden voxels per seconde geproduceerd met een enkele laserlichtvlek. Dit betekent dat het bijna honderd keer langzamer was dan grafische inkjetprinters, die tot dusver veel toepassingen in de weg stonden. Wetenschappers van het KIT en de Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane/Australië hebben nu een nieuw systeem ontwikkeld binnen de 3DMM2O Cluster of Excellence. Met behulp van speciale optica, de laserstraal is verdeeld in negen deelstralen die elk op een brandpunt focussen. Alle negen deelbalken kunnen parallel worden gebruikt en, dankzij verbeterde elektronische besturing, ze kunnen precies veel sneller dan ooit worden verplaatst.

Deze en enkele andere technische verbeteringen zorgden ervoor dat de onderzoekers 3D-printsnelheden bereikten van ongeveer 10 miljoen voxels per seconde, wat overeenkomt met de snelheid die wordt bereikt door grafische 2D-inkjetprinters. Het KIT zal het onderzoeks- en ontwikkelingswerk op dit gebied voortzetten. "Ten slotte, 3D-printers zullen worden gebruikt om niet slechts één pagina af te drukken, maar dikke volumes, ", zegt Hahn. Dit vereist ook vooruitgang in de chemie. er zijn meer gevoelige fotoresists nodig om meer brandpunten te genereren bij dezelfde laseroutput.