Nuova tecnologia rende più precisi i micro-stampanti 3D

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

È visibile un simulatore quantistico fotonico. La struttura vera e propria si trova all'interno del blocco e non è visibile nemmeno con questo ingrandimento. (Foto: Gruppo di lavoro di Freymann)

Il mercato delle stampanti 3D cresce: con esse è possibile produrre rapidamente e facilmente i prodotti. Ma non vengono utilizzate solo nel mondo visibile a noi, ma anche nel nano e microcosmo. Ciò è reso possibile da stampanti 3D micro speciali. Con questa tecnologia si occupano i fisici dell'Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK). Hanno ora ampliato le funzioni del sistema laser utilizzato, in modo da poter creare strutture molto più complesse. La tecnologia aiuta, ad esempio, a produrre nuove microstrutture per le superfici dei componenti, per ridurre l'attrito, ma anche per approfondire le basi della fisica quantistica.

Le creazioni di stampa con cui i fisici, guidati dal Professor Dr. Georg von Freymann, lavorano nel campus di Kaiserslautern, sono così minuscole che non sono visibili a occhio nudo, al massimo come chicchi di mais. Sono più piccole del diametro di un capello e i più piccoli dettagli strutturali si trovano in aree di circa 100 nanometri. Solo il microscopio elettronico a scansione le rende visibili, insieme alle loro forme filigranate.

I micro-stampanti 3D sono già sul mercato da alcuni anni. Utilizzano processi litografici che funzionano in modo simile all'esposizione delle vecchie pellicole fotografiche. "Un raggio laser espone una resina plastica viscosa", spiega Georg von Freymann del Dipartimento di Tecnologie Ottiche e Fotonica, il principio. "L'intensità del laser è così alta che si verifica una reazione chimica locale e la plastica indurisce." Un programma per computer determina la forma 3D desiderata. Dopo che la parte esposta si indurisce, il resto del liquido può essere rimosso.

I fisici di Kaiserslautern lavorano da tempo con questa tecnologia e la stanno sviluppando ulteriormente: hanno ampliato le funzionalità delle stampanti. "Possiamo controllare l'ampiezza, la fase e la polarizzazione del raggio laser", dice il professore. Ciò permette ai ricercatori di creare strutture molto più complesse con il metodo di stampa.

La tecnologia viene utilizzata in diversi settori. Nel progetto di ricerca speciale 926 "Superfici di componenti: morfologia su scala micro", i fisici collaborano, ad esempio, con colleghi del dipartimento di ingegneria meccanica e tecnologia dei processi. Sviluppano microstrutture innovative per le superfici dei componenti. "In questo modo si può, ad esempio, ridurre l'attrito e quindi l'usura", afferma il professore. Metodi di questo tipo sono anche di interesse per controllare l'accumulo di cellule. "In molti settori, i microrganismi si depositano sotto forma di biofilm", cita von Freymann come esempio. Questo può avvenire negli ospedali, ma anche negli impianti di produzione industriale. "Con superfici strutturate appositamente, si può prevenire questo. Al contrario, è anche possibile posizionare le cellule in modo mirato", ad esempio nella ricerca, per far crescere meglio le colture cellulari.

La tecnologia di stampa laser è anche importante per la ricerca di base, ad esempio per studiare accuratamente i fenomeni della fisica quantistica. "Con essa possiamo sviluppare modelli in cui spostiamo, tra le altre cose, le posizioni di singoli atomi. Ciò non è così facile nei solidi reali", spiega von Freymann. "Con questa tecnologia possiamo studiare cosa accade a livello quantistico."

Von Freymann è inoltre coinvolto nell'azienda Nanoscribe, fondata nel 2007, che produce queste stampanti micro-3D. Recentemente, l'azienda ha ricevuto, insieme all'Istituto di Nanotecnologia del Karlsruhe Institute of Technology, il premio per il trasferimento tecnologico della Società Tedesca di Fisica.