Nová technologie činí mikro-3D tiskárny přesnější

Profesor Dr. Georg von Freymann (Foto: TUK/Thomas Koziel)

Je vidět fotonový kvantový simulátor. Skutečná struktura se nachází uvnitř bloku a není ani při tomto zvětšení viditelná. (Foto: pracovní skupina Freymann)

Trh s 3D tiskárnami roste: S jejich pomocí lze produkty rychle a jednoduše vyrábět. Nejen ve světě, který je nám viditelný, je používají, ale také v nano- a mikrosvětě. Umožňují to speciální mikro-3D tiskárny. Tuto techniku se zabývají fyzici na Technické univerzitě v Kaiserslauternu (TUK). Nyní rozšířili funkce laserového systému, který je zde používán, tak, že s jeho pomocí mohou vyrábět mnohem složitější struktury. Tato technologie pomáhá například při výrobě nových mikrostruktur na površích dílů, aby se snížilo tření, ale také k lepšímu zkoumání základů kvantové fyziky.

Výrobky, s nimiž se fyzici kolem profesora Dr. Georga von Freymanna zabývají na kampusu v Kaiserslauternu, jsou tak drobné, že nejsou lidským okem viditelné, maximálně jako zrníčka. Jsou menší než průměr vlasu a nejmenší detailní struktury se pohybují v rozmezí kolem 100 nanometrů. Teprve elektronové mikroskopy je dokážou zobrazit a odhalit jejich jemné tvary.

Mikro-3D tiskárny jsou na trhu již několik let. Používají lithografické metody, které fungují podobně jako expozice u starších fotografických filmů. „Laser zde exponuje viskózní plastovou kapalinu,“ vysvětluje Georg von Freymann z katedry optických technologií a fotoniky. „Intenzita laseru je tak vysoká, že dojde k lokální chemické reakci a plast ztvrdne.“ Přitom počítačový program předem určuje požadovaný 3D tvar. Po ztvrdnutí exponované části lze zbytek kapaliny odstranit.

Kaizerslauternští fyzici s touto technologií dlouhodobě pracují a dále ji rozvíjejí: rozšířili funkčnost tiskáren. „Umíme kontrolovat amplitudu, fázi a polarizaci laserového paprsku,“ říká profesor. Díky tomu mohou vědci pomocí této tiskové metody vytvářet mnohem složitější struktury.

Tato technologie se používá v různých oblastech. Ve zvláštním výzkumném centru 926 „Povrchy dílů: morfologie na mikroskopické úrovni“ například spolupracují fyzici s kolegy z oboru strojírenství a technologií. Vyvíjejí nové mikrostruktury pro povrch dílů. „Tímto způsobem lze například snížit tření a tím i opotřebení,“ říká profesor. Takové metody jsou také zajímavé například pro kontrolu shromažďování buněk. „V mnoha oblastech se mikroorganismy usazují ve formě biofilmů,“ uvádí von Freymann jako příklad. To může být v nemocnicích, ale také u výrobních zařízení v průmyslu. „Pomocí speciálně strukturovaných povrchů lze toto zabránit. Naopak je také možné cíleně umisťovat buňky.“ Například ve výzkumu, aby se lépe pěstovaly buněčné kultury.

Laserová tisková technologie je také důležitá pro základní výzkum, například k přesnému zkoumání jevů kvantové fyziky. „S jejím pomocí můžeme vytvářet modely, ve kterých například posunujeme pozice jednotlivých atomů. To v reálných pevných látkách není tak snadné,“ říká von Freymann. „Můžeme tak zkoumat, co se děje na kvantové úrovni.“

Von Freymann je také zapojen do firmy Nanoscribe, která byla založena v roce 2007 a vyrábí takové mikro-3D tiskárny. Nedávno společně s Institutem nanotechnologií na Karlsruelské technologické univerzitě získali cenu za technologický transfer od Německé fyzikální společnosti.