Lichtstrahlen setzen neue 3D-Elemente

Ein Team australischer Forscher hat eine Tinte entwickelt, die in einem brandneuen, möglicherweise viel schnelleren 3D-Druckkonzept verwendet werden könnte.

Bei dieser Technologie durchdringt der Lichtstrahl eines Lasers Tinte und regt die Atome auf seinem Weg an. Einige der Moleküle verändern ihre Form, wenn sie vom Licht berührt werden, reagieren aber mit nichts – noch nicht. Ein zweiter Lichtstrahl in einer anderen Farbe trifft in einem anderen Winkel auf die Tinte und verursacht Verzerrungen in einer anderen Gruppe von Molekülen.

Dort, wo sich diese Lichtstrahlen kreuzen, reagieren die beiden angeregten Moleküle miteinander und werden fest.

Das ist die Idee hinter der neuen 3D-Drucktechnik.

„Normalerweise bewegt sich der Tintenstrahl in einem 3D-Drucker in zwei Dimensionen und druckt langsam eine 2D-Schicht, bevor er sich nach oben bewegt, um eine weitere Schicht darüber zu drucken“, sagt Dr. Sarah Walden, Forscherin am Centre for Materials Science der Queensland University of Technology.

„Aber mit dieser Technologie könnte man ein ganzes zweidimensionales Blatt aktivieren und das gesamte Blatt auf einmal drucken.“

Diese Technologie steht kurz vor der Markteinführung – aber es gibt ein paar Dinge, die sie davon abhalten.

„Diese Zweifarbdrucker werden gerade erst entwickelt. Es gibt einen kommerziellen Drucker auf dem Markt“, sagt Walden.

Derzeit ist es schwierig, Substanzen zu finden, die auf bestimmte Lichtschattierungen reagieren – und miteinander reagieren. Hier kommt die Forschung von Walden und ihren Kollegen ins Spiel.

„Wir stellen Tinten her, die für diese Art des Druckens verwendet werden könnten, und wir glauben, dass dies die Geschwindigkeit, mit der wir Materialien in 3D drucken, wirklich beschleunigen könnte“, sagt Walden.

Das Team hat gerade einen Artikel in Nature Communications veröffentlicht, in dem eine dieser Tinten beschrieben wird.

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„Wir haben viele Dinge ausprobiert, die nicht funktionierten, wie man es in der Forschung macht. Es war großartig, endlich ein System zu finden, das sich verhält“, sagt Walden.

Das System manipuliert zwei Substanzen: eine Art Chemikalie namens Azobenzol und die andere eine Art Keten. Diese beiden Chemikalien reagieren unter typischen Bedingungen nicht miteinander. Wenn die Moleküle jedoch Licht ausgesetzt werden (rotes oder grünes Licht im Fall des Azobenzols, UV-Licht im Fall des Ketens), ändert jedes seine Form in eine Form, die es dazu bringt, miteinander zu reagieren und eine feste Verbindung zu bilden.

Dieser Trick führt dazu, dass dem Stoff ohne beide Lichtschattierungen nichts passiert – er kann also in nachfolgenden Herstellungsprozessen verwendet werden.

„Wir nutzen die Farben des Lichts, um sie im Grunde in ihre reaktiven Formen umzuwandeln“, fasst Walden zusammen.

„Aber wenn sie keinen Reaktionspartner finden, kehren sie einfach zu ihren nicht reaktiven Formen zurück. Wenn wir also das Licht ausschalten, wird es anschließend keine Reaktionen mehr geben.“

Die Forscher testeten den Prozess zunächst mit einem abstimmbaren Laser in den QUT-Laboren, konnten ihn dann aber mit kommerziell erhältlichen Leuchtdioden (LEDs) nachbilden.

Walden sagt, dass die Technologie bisher zur Herstellung handgehaltener Proof-of-Concept-Objekte eingesetzt wurde.

„Wir haben in unserem Labor nur wenige Materialien hergestellt, daher wissen wir, dass dieser Zweifarbenprozess funktioniert“, sagt sie.

Das interdisziplinäre Team möchte weitere Chemikalien finden, die auf Licht und untereinander auf diese Weise reagieren können.

„Man kann beginnen, mit sichtbarem Licht über biokompatible Materialien nachzudenken – aber das ist ein weiter Weg“, sagt Walden.

Ursprünglich von Cosmos als 3D-Drucker veröffentlicht, der gekreuzte Lichtstrahlen zum Fixieren seiner Tinte verwendet

Ellen Phiddian ist Wissenschaftsjournalistin bei Cosmos. Sie hat einen BSc (Honours) in Chemie und Wissenschaftskommunikation sowie einen MSc in Wissenschaftskommunikation, beide von der Australian National University.

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