Science Fiction wird wahr im 3D Druck
Erinnern Sie sich noch an das Fünfte Element? In diesem berühmten Science Fiction Film aus dem Jahr 1997 wird die Hauptdarstellerin Milla Jovovich aus einem genetischen Bruchteil in Minutenschnelle mit so einer Art 3D Drucker zusammengebaut. Damals war das reine Zukunftsmusik, heute stehen wir kurz vor solchen Durchbrüchen.
Natürlich sind wir noch weit entfernt von dieser Form des Erschaffens von Leben. Aber ich habe zwei Meldungen für Sie, die man nur gedanklich miteinander kombinieren muss, um den bereits jetzt existenten 3D Druck und die Fähigkeiten der neuen 3D Drucker wie reine Fantasy aussehen zu lassen.
Der 3D Druck in Sekundenschnelle
An der polytechnischen Hochschule von Lausanne haben Forscher einen kolossalen Durchbruch erzielt, was die Geschwindigkeit des 3D Drucks und der bisherigen 3D Druckverfahren betrifft. Sie realisieren jetzt bereits Objekte mit einer Größe von zwei Zentimeter, die mit einer Detailgenauigkeit von Haaresbreite (80 Mikrometer) aufgebaut werden können. Die ganze Operation nimmt dabei unglaubliche 30 Sekunden in Anspruch. Als Grundmasse wird ein Gel benutzt, das aus biologischem Material oder auch aus Kunststoff bestehen kann. Ein Laser sendet extrem genau berechnete Lichtblitze in das Gel, die für eine Polymerisation sorgen. Dabei wird im Prinzip wie bei der Tomographie vorgegangen, d.h. der Laser setzt an den verschiedensten Orten im Modell fast gleichzeitig an und verknüpft die Strukturen miteinander. Das bedeutet die Abkehr vom schichtweisen Aufbau eines Bauteils, das nunmehr praktisch von allen Seiten her zusammenwächst. In der ersten Stufe sind die fertigen Objekte noch weich, können aber jetzt bereits in kurzer Zeit ausgehärtet werden. Mit größeren Druckern dieser Art hofft man, mit der entsprechend schnell gegründeten Firma bald Objekte bis zu 10 Zentimeter und mehr zu erzeugen. Die für diesen Vorgang benötigte Rechenkapazität ist ungleich höher als bisher, da nicht nur die Position und Durchdringungstiefe des Lasers, sondern auch die jeweilige Dosis an Lichtstärke berechnet werden muss.
Der 3D Druck im Submikrometer-Raum
Praktisch zeitgleich erreicht uns eine Meldung aus Karlsruhe. Hier haben Forscher des Instituts für Technologie (KIT) eine Technologie entwickelt, mit der sie das bisherige Laserstrahlverfahren revolutionieren. Mit einer speziellen Optik wird der Laserstrahl in neun verschiedene Teilstrahlen getrennt, die jede für sich einen eigenen Brennpunkt bilden, mit dem Voxel erzeugt werden. Voxel sind die dreidimensionale Entsprechung der Pixel, die man von der Auflösung der Bildschirme kennt. Ein 3D Druck setzt sich im Laserverfahren aus Voxeln zusammen. Mit einer weiteren Verbesserung der Ansteuerung dieser neun Teilstrahlen konnten die Entwickler in der Zusammenarbeit mit australischen Kollegen zwei hauptsächliche Ergebnisse vorlegen. Zum Einen ermöglicht diese Drucktechnik durch das Erhärten von flüssigem Fotolack eine Genauigkeit im Mikrometerbereich mit submikrometergroßen Details. Zum Zweiten kann auch in dieser Variante die Geschwindigkeit des Drucks erhöht werden. Bisherigen 3D-Laserdruckern war es nur möglich mit dem Strahl aus gebündeltem Licht ein paar Hunderttausend Voxel in der Sekunde zu erzeugen. So konnte ein komplexer Druck schon mal Stunden bis Tage dauern. Mit dem neuen Tool und den neun parallelen Teilstrahlen hat sich die Voxel-Zahl auf etwa zehn Millionen in der Sekunde erhöht. Der Grenzwert der Zahl der Voxel wird bisher durch den Rohstoff, also den Fotolack gebildet, der nicht schneller reagieren kann. Als Beleg für diese Arbeit fertigten die Studenten und Fachleute eine 60 Kubikmillimeter große Gitterstruktur an, die mehr als 300 Milliarden Voxel mit Einzelheiten im mikrometergroßen Raum enthält. Dabei soll sich die Geschwindigkeit im Druck im Verhältnis zu ähnlich komplexen Strukturen um den Faktor 15 erhöht haben.