TU Wien doet onderzoek naar zeer nauwkeurige 3D-printtechnologie. Nutsvoorzieningen, een nieuwe methode stelt onderzoekers in staat om met grotere precisie dan ooit naar geschikte materialen te zoeken.

Hoe is het mogelijk om een ​​model te bouwen van de Stephansdom ter grootte van een stofdeeltje? We zullen, gebruikmakend van de moderne 3D-printtechnologie van TU Wien, dit is geen probleem meer. Met hun 3D-printer kunnen nu onvoorstelbaar fijne structuren in ordes van grootte tot ver onder een micrometer worden gemaakt.

Echter, dit proces vereist zogenaamde "initiatormoleculen, " die zeer specifieke fysische eigenschappen hebben. Met behulp van een nieuwe analysemethode, ontwikkeld aan het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de TU Wien, het is nu mogelijk om deze moleculen nauwkeuriger en sneller te onderzoeken dan voorheen mogelijk was en zo te identificeren welke materialen de technologie het beste laten functioneren. Details van deze technologie zijn onlangs gepubliceerd in het natuurkundig tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven .

Hars uitgehard door laserstraal

Het begint allemaal met een vloeistof:het uitgangsmateriaal voor 3D-printen is een hars, die op bepaalde zeer specifieke punten wordt uitgehard met behulp van een laserstraal. Om dit te laten gebeuren, er moet een chemische kettingreactie in gang worden gezet. Speciale initiatormoleculen worden geactiveerd wanneer ze fotonen uit de laserstraal absorberen, waardoor de hars uiteindelijk uithardt.

"Om een ​​zo hoog mogelijke resolutie te bereiken, het is belangrijk dat de initiatormoleculen niet worden geactiveerd door een enkel foton, maar alleen worden geactiveerd wanneer ze twee fotonen tegelijkertijd absorberen, " legt prof. Wolfgang Husinsky van het Instituut voor Toegepaste Natuurkunde van de TU Wien uit. "Dit proces van twee fotonen kan alleen plaatsvinden met de vereiste waarschijnlijkheid waar het laserlicht het sterkst is, d.w.z. precies in het midden van de laserstraal."

Als zodanig, de ideale initiatormoleculen zijn die moleculen die zo min mogelijk worden beïnvloed door een enkel foton, maar hebben een grote kans om twee fotonen tegelijkertijd te absorberen. Omdat deze moleculen alleen in het midden van de laserstraal worden geactiveerd, dit geeft een hoge mate van controle over de punten waarop de hars moet worden uitgehard, waardoor de productie van 3D-objecten met ongelooflijk fijne details mogelijk is.

Het hangt allemaal af van de golflengte

Een ding dat tot nu toe vaak is verwaarloosd, is dat veel materialen geschikte initiatormoleculen kunnen maken, maar alleen bij gebruik van een laserstraal met een golflengte die precies is afgestemd op het materiaal. Tot nu, dit was ongelooflijk moeilijk te onderzoeken. "Je moest hetzelfde experiment steeds opnieuw uitvoeren met verschillende lasergolflengten, en je zou de opzet van het experiment elke keer opnieuw moeten kalibreren; in praktijk, dit is bijna onmogelijk, " zegt Aliasghar Ajami, hoofdauteur van de publicatie.

Dus, Aliasghar Ajami bedacht een geheel nieuwe methode, die gebruikmaakte van ultrakorte laserpulsen met een duur van enkele femtoseconden. "Met deze pulsen zo kort als deze, de golflengte is niet langer strikt gedefinieerd, zodat de laserstraal niet langer één unieke kleur heeft, het is eerder samengesteld uit veel verschillende golflengten, " legt Ajami uit. Prisma's worden vervolgens gebruikt om het licht van deze laserpulsen te verspreiden. De straal wordt gesplitst in een tweedimensionale 'plaat' van licht met een andere golflengte aan de bovenkant als aan de onderkant. "Als je het monster door deze laser beweegt licht op de juiste manier, je kunt in één enkele meting analyseren hoe de moleculen reageren op verschillende golflengten, " legt Wolfgang Husinsky uit. "Zo zijn we in staat om een ​​volledig absorptiespectrum van twee fotonen in één enkele werkstap te creëren."