Erstellt am: 17. 11. 2012 - 13:40 Uhr
3D-Druck in Nanopräzision
3D-Skulpturen, die gerade einmal so groß sind wie eine menschliche Zelle: Damit beschäftigen sich österreichische Wissenschafter an der TU Wien, genauer gesagt die Gruppe „Additive Manufacturing Technologies“. Ihr Video, in dem ein detailliertes Modell eines Rennautos hergestellt wird, ging heuer um die Welt. Das Auto ist 285 Nanometer lang, könnte also ein menschliches Haar als Straße nehmen. Zwar gelingt es auch schon anderen Forschern weltweit, in dieser Größenordnung zu arbeiten - doch die Forscher an der TU Wien halten den Weltrekord in Sachen Geschwindigkeit: Was in anderen Labors Stunden oder Tage dauert, fertigen die Wiener in wenigen Minuten an. Dadurch wird die Technologie in vielen Bereichen von Industrie und Medizin interessant.
TU Wien
Die 3D-Drucker der TU Wien verwenden ein Harz, das die Forscher selbst entwickelt haben. Das Harz wird an den gewünschten Stellen durch Laserstrahlen geformt. Gelenkt werden die Laser durch bewegliche Spiegel. Bisher war dieses Verfahren sehr langsam. Jan Torgersen war es deshalb wichtig, die Steuerung der Spiegel zu verbessern – denn diese müssen sich während des 3D-Druckvorgangs extrem schnell bewegen, aber trotzdem höchst präzise sein. Torgersen kommt ursprünglich aus dem Maschinenbau, forscht jetzt am Institut für Werkstoffwissenschaften und hält es für besonders wichtig, dass beim Team „Additive Manufacturing Technolgies“ interdisziplinär gearbeitet wird: „Das Besondere ist, dass wir Chemiker, Physiker, Maschinenbau-Spezialisten und Elektrotechniker haben.Wir können an allen notwendigen Bereichen forschen, und das war wahrscheinlich der Grund, warum wir solchen Fortschritt erzielen konnten.“
Die Anwendungsmöglichkeiten der Hochpräzisions-Drucktechnik sieht Torgersen in drei großen Bereichen: Oberflächenbehandlung, Medizin und Elektronik. Im Bereich der Elektronik könnte es in Zukunft vielleicht möglich sein, die bisher ausschließlich zweidimensional gebauten Logikschaltkreise von Mikrochips auch dreidimensional zu bauen – was die Rechenleistung von Computern vervielfachen würde.
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Im Bereich der Medizin kooperieren die Forscher mit der Meduni Wien. Sie sei besonders interessiert am sogenannten "Tissue Engineering", sagt Jan Torgersen: „Hier geht es darum, die extrazelluläre Matrix – also die Zellumgebung – naturgetreu nachzubilden. Das heißt: Im Körper wird für die Zelle eine Umgebung mit bestimmten chemischen, mechanischen und geometrischen Eigenschaften geschaffen. Aufgrund dieser Umgebung haben die Zellen einen Anreiz, bestimmte Organe, Knorpel, Knochen oder ähnliches zu bilden.“ Die 3D-Drucktechnik könne einerseits dazu führen, das Verhalten von Zellen besser zu verstehen, und andererseits die Herstellung artifiziellen biologischen Gewebes zu ermöglichen.
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Im dritten möglichen Anwendungsbereich geht es um die Behandlung von Oberflächen. Mit der 3D-Nano-Drucktechnik können Strukturen, die eine bestimmte Funktion erfüllen, besser hergestellt werden als bisher: Der Papillar-Effekt des Lotusblattes, das sich selbst reinigt, könne ebenso präziser und schneller als bisher nachgebaut werden, wie auch die Haut des Gecko mit ihren extrem adhesiven Oberflächen.
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Das Team „Additive Manufacturing Technologies“ kooperiert mit Instituten und Labors weltweit und hat sich zum Ziel gesetzt, den gesamten Prozess des 3D-Drucks in Nanopräzision zu revolutionieren – von den Ausgangsmaterialien, die man verwendet bis hin zu den Endprodukten, die man erhält.