Új technológia pontosabbá teszi a mikro-3D nyomtatókat

Professzor Dr. Georg von Freymann (Kép: TUK/Thomas Koziel)

Egy fotonikus kvantumszimulátor látható. A valódi szerkezet a belső blokkban található, és még ezen a nagyításon sem látható. (Fotó: Freymann munkacsoportja)

A 3D nyomtatók piaca növekszik: Velük gyorsan és egyszerűen lehet termékeket gyártani. De nemcsak a számunkra látható világban alkalmazzák őket, hanem a nano- és mikrovilágban is. Ezt speciális mikro-3D nyomtatók teszik lehetővé. Ezzel a technikával foglalkoznak a Kaiserslautern Műszaki Egyetem (TUK) fizikusai. Most olyan módon bővítették a rendszerben alkalmazott lézeres rendszer funkcióit, hogy sokkal összetettebb szerkezeteket tudnak vele létrehozni. A technika például segít új mikrostruktúrák gyártásában a részegységek felületén, hogy csökkentsék a súrlódást, de alapvető kutatásokat is lehetővé tesz a kvantumfizikában.

A fizikusok által a Kaiserslautern campusán foglalkoztatott nyomtatott minták olyan aprók, hogy az emberi szem számára nem láthatók, legfeljebb kukoricának tűnnek. Széltében kisebbek, mint egy hajszál átmérője, és a legkisebb szerkezeti részletek körülbelül 100 nanométeres méretűek. Csak a rácsos elektronmikroszkóp teszi láthatóvá őket és finom formáikat.

A mikro-3D nyomtatók már néhány éve elérhetők a piacon. Ezeknél litográfiai eljárásokat alkalmaznak, amelyek hasonlóan működnek, mint a régi fényképezőgépek expozíciós folyamata. „Egy lézersugár expozíciót hoz létre egy viszkózus műanyag folyadékban” – magyarázza Georg von Freymann, az Optikai Technológiák és Photonik tanszékének professzora. „A lézer intenzitása olyan magas, hogy helyi kémiai reakciót vált ki, és a műanyag megkeményedik.” Ehhez egy számítógépes program adja meg a kívánt 3D-formát. Miután az expozíció által kezelt rész megkötött, a többi folyadék eltávolítható.

A Kaiserslautern-i fizikusok már régóta dolgoznak ezen a technikán, és továbbfejlesztik azt: kibővítették a nyomtatók funkcionalitását. „Mi kontrollálni tudjuk a lézersugár amplitúdóját, fázisát és polarizációját” – mondja a professzor. Ezáltal a kutatók sokkal összetettebb szerkezeteket tudnak gyártani a nyomtatási eljárással.

A technikát különböző területeken alkalmazzák. A 926-os Szakterületen „Szerkezeti felületek: Mikroskála morfológiája” például együttműködnek gépészmérnökökkel és technológusokkal. Újszerű mikrostruktúrákat fejlesztenek a részegységek felületére. „Így például csökkenthető a súrlódás és ezáltal a kopás” – mondja a professzor. Az ilyen módszerek érdekesek például a sejtek felhalmozódásának kontrollálására is. „Sok területen mikroorganizmusok biofilmek formájában rakódnak le” – említi von Freymann példaként. Ez lehet kórházakban, de gyártóüzemekben is az iparban. „Speciálisan strukturált felületekkel ezt meg lehet akadályozni. Fordítva, célzottan lehet sejtek telepítését is elvégezni” – például kutatásban, hogy a sejtkultúrák jobban növekedjenek.

A lézeres nyomtatási technológia alapkutatásban is fontos, például a kvantumfizikai jelenségek pontos vizsgálatához. „Ezzel modelleket tudunk fejleszteni, amelyekben többek között az egyes atomok helyzetét is el tudjuk mozgatni. Ez nem olyan könnyű valódi szilárdtestekben” – mondja von Freymann. „Ezzel azt kutathatjuk, mi történik a kvantumszinten.”

Von Freymann részt vesz a Nanoscribe nevű vállalatban is, amely 2007-ben alakult, és ilyen mikro-3D nyomtatókat gyárt. Nemrég a vállalat a Karlsruhei Technológiai Intézet Nanotechnológiai Intézetével közösen elnyerte a Német Fizikai Társaság Technológiai Átviteli Díját.