Het printen van driedimensionale objecten met ongelooflijk fijne details is nu mogelijk met behulp van "two-photon lithography". Met deze technologie, kleine structuren op nanometerschaal kunnen worden gefabriceerd. Onderzoekers van de Technische Universiteit Wenen (TU Wenen) hebben nu een grote doorbraak bereikt in het versnellen van deze printtechniek:de zeer nauwkeurige 3D-printer aan de TU Wenen is orden van grootte sneller dan vergelijkbare apparaten (zie video). Dit opent volledig nieuwe toepassingsgebieden, zoals in de geneeskunde.

De 3D-printer gebruikt een vloeibare hars, die op precies de juiste plekken wordt uitgehard door een gefocusseerde laserstraal. Het brandpunt van de laserstraal wordt door de hars geleid door beweegbare spiegels en laat een gepolymeriseerde lijn van vast polymeer achter, slechts een paar honderd nanometer breed. Deze hoge resolutie maakt de creatie van ingewikkeld gestructureerde sculpturen zo klein als een zandkorrel. “Tot nu toe, deze techniek was vroeger vrij traag”, zegt professor Jürgen Stampfl van het Institute of Materials Science and Technology aan de TU Wenen. "Vroeger werd de afdruksnelheid gemeten in millimeters per seconde - ons apparaat kan vijf meter in één seconde." dit is een wereldrecord.

Deze verbazingwekkende vooruitgang werd mogelijk gemaakt door verschillende nieuwe ideeën te combineren. “Het was cruciaal om het bedieningsmechanisme van de spiegels te verbeteren”, zegt Jan Torgersen (TU Wenen). De spiegels zijn continu in beweging tijdens het printproces. De acceleratie- en deceleratieperioden moeten zeer nauwkeurig worden afgesteld om resultaten met een hoge resolutie te bereiken met een recordsnelheid.

Bij 3D-printen gaat het niet alleen om mechanica – ook chemici speelden een cruciale rol in dit project. “De hars bevat moleculen, die worden geactiveerd door het laserlicht. Ze veroorzaken een kettingreactie in andere componenten van de hars, zogenaamde monomeren, en verander ze in een vaste stof”, zegt Jan Torgersen. Deze initiatormoleculen worden alleen geactiveerd als ze twee fotonen van de laserstraal tegelijk absorberen – en dit gebeurt alleen in het centrum van de laserstraal, waar de intensiteit het hoogst is. In tegenstelling tot conventionele 3D-printtechnieken, vast materiaal kan overal in de vloeibare hars worden gemaakt in plaats van alleen op de eerder gemaakte laag. Daarom, het werkoppervlak hoeft niet speciaal te worden voorbereid voordat de volgende laag kan worden geproduceerd (zie video), wat veel tijd scheelt. Een team van chemici onder leiding van professor Robert Liska (TU Wenen) ontwikkelde de geschikte initiatiefnemers voor deze bijzondere hars.

Onderzoekers over de hele wereld werken tegenwoordig aan 3D-printers – zowel op universiteiten als in de industrie. “Ons concurrentievoordeel hier aan de Technische Universiteit van Wenen komt van het feit dat we experts hebben uit heel verschillende vakgebieden, werken aan verschillende delen van het probleem, aan één universiteit”, benadrukt Jürgen Stampfl. In de materiaalkunde, procestechniek of de optimalisatie van lichtbronnen, er werken experts samen en komen met elkaar stimulerende ideeën.

Door de sterk toegenomen snelheid veel grotere objecten kunnen nu in een bepaalde tijdsperiode worden gemaakt. Dit maakt twee-foton-lithografie een interessante techniek voor de industrie. Aan de TU Wenen, wetenschappers ontwikkelen nu biocompatibele harsen voor medische toepassingen. Ze kunnen worden gebruikt om steigers te maken waaraan levende cellen zich kunnen hechten, waardoor de systematische aanmaak van biologische weefsels wordt vergemakkelijkt. De 3D-printer kan ook worden gebruikt om op maat gemaakte constructiedelen te maken voor biomedische technologie of nanotechnologie.