Att skriva ut tredimensionella objekt med otroligt fina detaljer är nu möjligt med "tvåfotonlitografi". Med denna teknik, små strukturer i nanometerskala kan tillverkas. Forskare vid Wiens tekniska universitet (TU Wien) har nu gjort ett stort genombrott för att påskynda denna utskriftsteknik:3D-skrivaren med hög precision vid TU Wien är storleksordningar snabbare än liknande enheter (se video). Detta öppnar upp för helt nya användningsområden, som inom medicin.

3D-skrivaren använder ett flytande harts, som härdas på exakt rätt ställen av en fokuserad laserstråle. Laserstrålens brännpunkt styrs genom hartset av rörliga speglar och lämnar efter sig en polymeriserad linje av solid polymer, bara några hundra nanometer bred. Denna höga upplösning möjliggör skapandet av intrikat strukturerade skulpturer så små som ett sandkorn. "Tills nu, denna teknik brukade vara ganska långsam", säger professor Jürgen Stampfl från Institutet för materialvetenskap och teknologi vid TU Wien. "Utskriftshastigheten mättes tidigare i millimeter per sekund – vår enhet klarar fem meter på en sekund." I tvåfotonlitografi, detta är ett världsrekord.

Dessa fantastiska framsteg möjliggjordes genom att kombinera flera nya idéer. "Det var avgörande att förbättra speglarnas kontrollmekanism", säger Jan Torgersen (TU Wien). Speglarna är kontinuerligt i rörelse under tryckprocessen. Accelerations- och retardationsperioderna måste ställas in mycket exakt för att uppnå högupplösta resultat med en rekordhastighet.

3D-printing handlar inte bara om mekanik – kemister hade också en avgörande roll att spela i detta projekt. "Hartset innehåller molekyler, som aktiveras av laserljuset. De inducerar en kedjereaktion i andra komponenter i hartset, så kallade monomerer, och förvandla dem till en solid", säger Jan Torgersen. Dessa initiatormolekyler aktiveras bara om de absorberar två fotoner av laserstrålen samtidigt - och detta händer bara i mitten av laserstrålen, där intensiteten är högst. I motsats till konventionella 3D-utskriftstekniker, fast material kan skapas var som helst inom det flytande hartset snarare än ovanpå det tidigare skapade lagret. Därför, arbetsytan behöver inte förberedas speciellt innan nästa lager kan produceras (se video), vilket sparar mycket tid. Ett team av kemister under ledning av professor Robert Liska (TU Wien) utvecklade lämpliga initiatorer för detta speciella harts.

Forskare över hela världen arbetar idag med 3D-skrivare – såväl på universitet som inom industrin. "Vår konkurrensfördel här vid Wiens tekniska universitet kommer från det faktum att vi har experter från väldigt olika områden, arbetar med olika delar av problemet, vid ett enda universitet”, understryker Jürgen Stampfl. Inom materialvetenskap, processteknik eller optimering av ljuskällor, det finns experter som arbetar tillsammans och kommer på ömsesidigt stimulerande idéer.

På grund av den dramatiskt ökade hastigheten, mycket större objekt kan nu skapas under en given tidsperiod. Detta gör två-foton-litografi till en intressant teknik för industrin. På TU Wien, forskare utvecklar nu biokompatibla hartser för medicinska tillämpningar. De kan användas för att skapa byggnadsställningar där levande celler kan fästa sig, vilket underlättar systematiskt skapande av biologiska vävnader. 3d-skrivaren kan också användas för att skapa skräddarsydda konstruktionsdelar för biomedicinsk teknik eller nanoteknik.