3D-skrivare som arbetar i millimeterområdet och större används i allt större utsträckning i industriella produktionsprocesser. Många applikationer, dock, kräver exakt utskrift på mikrometerskalan med mycket högre hastighet. Forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har nu utvecklat ett system för att skriva ut mycket exakt, centimeterstora föremål med submikrometerdetaljer i en hittills oöverträffad hastighet. Detta system presenteras i ett specialnummer av Avancerade funktionella material .

För att visa inte bara hastigheten, men också tillförlitligheten i deras installation, forskarna har tryckt en gallerstruktur på 60 kubikmillimeter stor med detaljer ner till mikrometerskalan. Den innehåller mer än 300 miljarder voxels (en voxel är 3D-motsvarigheten till en pixel eller 2D-bildelement). "Vi har vida överträffat rekordet med 3-D-printade flygplansvingar. Detta är ett nytt världsrekord, säger professor Martin Wegener, Talesman för Cluster of Excellence "3-D Matter Made to Order" (3DMM2O), inom vilket systemet utvecklades.

För denna typ av 3D-utskrift, strålen från en laser passerar en flytande fotoresist på ett datorstyrt sätt. Endast materialet som ligger i laserns fokus exponeras och härdas. "Fokuspunkterna motsvarar munstyckena på en bläckstråleskrivare, den enda skillnaden är att de fungerar tredimensionellt, "Vincent Hahn, publikationens första författare, säger. På det här sättet, mycket exakta filigranstrukturer kan produceras för olika applikationer, såsom optik och fotonik, materialvetenskap, bioteknik, eller säkerhetsteknik.

Vanligtvis, flera hundra tusen voxlar per sekund har producerats med en enda laserljusfläck hittills. Det betyder att den var nästan hundra gånger långsammare än grafiska bläckstråleskrivare, vilket hindrat många ansökningar hittills. Forskare från KIT och Queensland University of Technology (QUT) i Brisbane/Australien har nu utvecklat ett nytt system inom 3DMM2O Cluster of Excellence. Med hjälp av speciell optik, laserstrålen är uppdelad i nio delstrålar som fokuserar på var sin brännpunkt. Alla nio delbalkar kan användas parallellt och, tack vare förbättrad elektronisk kontroll, de kan flyttas exakt mycket snabbare än någonsin.

Detta och några andra tekniska förbättringar gjorde att forskarna nådde 3D-utskriftshastigheter på cirka 10 miljoner voxels per sekund, vilket motsvarar den hastighet som grafiska 2-D bläckstråleskrivare uppnår. KIT kommer att fortsätta forsknings- och utvecklingsarbetet inom detta område. "Trots allt, 3D-skrivare kommer att användas för att skriva ut inte bara en sida, men tjocka volymer, " säger Hahn. Detta kommer också att kräva framsteg inom kemin. Till exempel, känsligare fotoresister behövs för att generera fler fokuspunkter vid samma laserutgång.