Holographischer 3D-Drucker druckt hochauflösend in unter 1 Sekunde

An der chinesischen Tsinghua University ist eine neuartige 3D-Drucktechnologie entwickelt worden, die ein zentrales Problem bisheriger Verfahren lösen könnte: Man muss sich hier nicht mehr zwischen Präzision und Geschwindigkeit entscheiden.

Licht als Werkzeug

Das Verfahren trägt den Namen "Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields" (DISH). Anders als herkömmliche 3D-Drucker, die Material Lage für Lage auftragen, projiziert DISH ein dreidimensionales holografisches Lichtfeld direkt in ein lichtempfindliches Harz. Das gesamte Objekt härtet dabei gleichzeitig aus.

Mechanische Bewegungen, wie sie bei klassischen Drucksystemen mit Düsen und Führungsschienen üblich sind, entfallen vollständig. Stattdessen übernimmt kontrolliertes Licht die Formgebung. Das ist eher mit einem volumetrischen Projektor als mit einem traditionellen Drucker vergleichbar.


Kernstück der Anlage ist ein schnell rotierendes Periskopsystem. Es lenkt Lichtstrahlen aus verschiedenen Winkeln in das Harz, ohne dass der Behälter selbst bewegt werden muss. Überlagerte holografische Lichtfelder erzeugen so präzise Mikrostrukturen. Durch wiederholte rechnergestützte Optimierung wird die Form weiter verfeinert.

Die Ergebnisse sind bemerkenswert: Innerhalb eines Tiefenbereichs von einem Zentimeter erreicht das System eine Auflösung von nur 19 Mikrometern. In Versuchen stellten die Forschenden vollständig ausgeformte 3D-Objekte in nur 0,6 Sekunden her. Dabei erzielte die Technik Geschwindigkeiten von bis zu 333 Kubikmillimetern pro Sekunde und bewahrte Details bis zu einer Feinheit von 12 Mikrometern, das ist etwa ein Fünftel der Dicke eines menschlichen Haares.

Neue Anwendungen

Die Kombination aus Tempo und Genauigkeit könnte zahlreiche Anwendungsfelder verändern. In der Biomedizin ließen sich beispielsweise hochauflösende Gewebemodelle in kürzester Zeit produzieren, was neue Möglichkeiten für Medikamententests und regenerative Therapien eröffnet. Auch in der Mikrorobotik oder bei flexibler Elektronik könnten komplexe, gekrümmte und ineinandergreifende Bauteile direkt gefertigt werden. Solche Strukturen sind mit bisherigen Verfahren kaum realisierbar.

Da das System mit unterschiedlichen Acrylatharzen variabler Viskosität arbeitet, gilt es zudem als potenziell industriefähig. Komponenten für Photonik, Kameramodule oder mikroelektromechanische Systeme könnten so zukünftig schneller und kostengünstiger hergestellt werden. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.


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