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3D-Druck 3D-Drucker druckt so schnell wie ein Tintenstrahldrucker

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Ein 3D-Drucker mit Druckgeschwindigkeiten von etwa zehn Millionen Voxel pro Sekunde und damit fast so schnell wie ein Tintenstrahldrucker – Wissenschaftler am KIT haben ein 3D-Drucksystem entwickelt, das selbst im Mikrometermaßstab präzise druckt.

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Das Metamaterial, das mit dem neuen System gedruckt wurde, besteht aus einer komplexen dreidimensionalen Gitterstruktur im Mikrometermaßstab.
Das Metamaterial, das mit dem neuen System gedruckt wurde, besteht aus einer komplexen dreidimensionalen Gitterstruktur im Mikrometermaßstab.
(Bild: Vincent Hahn, KIT)

In industriellen Produktionsprozessen sind 3D-Drucker, die im Millimeterbereich und größer drucken, bereits im Einsatz. Allerdings benötigen viele Anwendungen einen präzisen Druck im Mikrometermaßstab und eine deutlich höhere Druckgeschwindigkeit. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben ein System entwickelt, mit dem sich in bisher noch nicht erreichter Geschwindigkeit hochpräzise, zentimetergroße Objekte mit submikrometergroßen Details drucken lassen. Dieses System präsentieren sie in einem Sonderband der Zeitschrift Advanced Functional Materials. (DOI: 10.1002/adfm.201907795).

Neuer Weltrekord mit Metamaterial aufgestellt

Die Forscher druckten eine 60 Kubikmillimeter große Gitterstruktur mit Details bis in den Mikrometermaßstab, die mehr als 300 Milliarden Voxel enthält – ein Voxel ist das dreidimensionale Analogon des Pixels im 2D-Druck. „Mit dem Druck dieses Metamaterials schlagen wir den Rekord, der bei 3D-gedruckten Flugzeugflügeln erreicht wurde, um Längen – ein neuer Weltrekord“, erklärt Professor Martin Wegener, Sprecher des Exzellenzclusters 3D Matter Made to Order (3DMM2O), in dessen Rahmen das System entwickelt wurde.

Seminartipp

Das Seminar 3D-Druck in der direkten digitalen Fertigung vermittelt die Technik, Eignung und Voraussetzung des 3D-Drucks und gibt den Teilnehmern einen Überblick über die Entwicklungen, Möglichkeiten und Grenzen.

So funktioniert das 3D-System

Bei dieser Art von 3D-Druck durchfährt der Lichtfleck eines Lasers computergesteuert einen flüssigen Fotolack. Nur das Material im Brennpunkt des Lasers wird dabei belichtet und ausgehärtet. Dabei entsprechen die Brennpunkte den Düsen beim Tintenstrahldrucker, mit dem Unterschied, dass sie dreidimensional arbeiten.

So entstehen hochpräzise filigrane Strukturen für verschiedene Einsatzbereiche wie Optik und Photonik, Materialwissenschaften, Biotechnologie oder Sicherheitstechnik. Bisher erzeugte ein einziger Laserlichtfleck einige Hunderttausend Voxel pro Sekunde und war damit fast hundertmal langsamer als grafische Tintenstrahldrucker.

Zehn Millionen Voxel pro Sekunde

Beim von den KIT-Wissenschaftlern entwickelten System wird der Laserstrahl mit einer speziellen Optik in neun Teilstrahlen aufgeteilt. Diese werden jeweils in einen Brennpunkt gebündelt. Alle neun Teilstrahlen können parallel verwendet und durch eine verbesserte elektronische Ansteuerung auch deutlich schneller als zuvor präzise verfahren werden. Mit einigen weiteren technischen Verbesserungen kommen die Forscher im 3D-Druck so auf Druckgeschwindigkeiten von etwa zehn Millionen Voxel pro Sekunde. Damit ist das System genauso schnell wie ein grafischer 2D-Tintenstrahldrucker.

Dennoch geht die Forschung und Entwicklung am KIT mit Hochdruck weiter. „Schließlich will man mit 3D-Druckern nicht nur das Pendant eines Blattes, sondern dicke Bücher ausdrucken“, so Hahn. Hierzu seien insbesondere auch Fortschritte in der Chemie erforderlich, beispielsweise müssten empfindlichere Fotolacke entwickelt werden, um mit der gleichen Laserleistung noch mehr Brennpunkte erzeugen zu können.

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