Mit einem 3D-Nano-Inkjet-Drucker ist es Schweizer Wissenschaftler der ETH sowie dem Spin-off Scrona gelungen, ein Bild von der Größe eines Haar-Querschnitts zu drucken.
Großformatdruck ist es nicht gerade, was nun Forschern der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) gelungen ist. Im Gegenteil: Den Mitarbeitern der renommierten technisch-naturwissenschaftlichen Hochschule ist zusammen mit dem Spin-off Scrona gelungen, ein Bild auf eine Fläche von nur 0,0092 Quadratmillimetern zu drucken. Das Foto, das Clownfische in einer Seeanemone zeigt, hat Seitenlängen von 80 auf 115 Mikrometer. "Dieses Bild ist so winzig, dass es von bloßem Auge nicht mehr sichtbar ist", freut sich der ehemalige ETH-Forscher und Scrona-Mitgründer Patrick Galliker.
Das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt misst gerade mal so viel wie die Querschnittsfläche eines menschlichen Haars. Foto: Scrona/ETH Zürich
Die Fläche entspricht etwa der Größe des Querschnitts durch ein menschliches Haar. Die Forscher der ETH haben errechnet, dass die Fische, die in natura etwas 10 Zentimeter groß sind, auf der Abbildung um den Faktor 3333 geschrumpft wurden. Damit würde das Foto auf ein einziges Pixel eines iPhone-Retina-Displays passen. Trotz der mikroskopischen kleinen Ausmaße besitzt der Ausdruck eine Farbtiefe von 24 Bit. So können theoretisch über 16 Millionen Farben dargestellt werden.
Inkjet-Verfahren mit Quantenpunkten
Das Inkjet-Druckverfahren arbeitet mit sogenannten Quantenpunkten. Das sind Nanopartikel, die in spezifischen Farben leuchten können. Indem die Forscher die Größe der Punkte verändern, können sie die Farbe des abgegebenen Lichts nach Wunsch festlegen. Die Farben von Quantenpunkten leuchten sehr intensiv, weshalb sie derzeit auch vermehrt für die Herstellung von Flachbildschirmen eingesetzt werden.
Für die Darstellung druckten die Forscher mehrere Schichten von roten, grünen und blauen Quantenpunkten übereinander. Die Auflösung beträgt damit 25.000 dpi, der Abstand zwischen zwei Pixeln beträgt nur 500 Nanometer. Um die Farbtiefe von 24 Bit zu erreichen, musste laut ETH Zürich die Dicke der Schichten mit höchster Präzision im bei jedem einzelnen Pixel atomaren Bereich festgelegt werden.
Kickstarter-Kampagne mit persönlichem Mikrobild
Die Hochschule betont, dass die Fähigkeit, diese kleinsten Strukturen zu drucken, nicht "einfach nur ein netter Gag" sei. Vielmehr könne das Verfahren später eine vielversprechende Alternative für die Herstellung von Bildschirmen oder optischen Geräten sein. Nun arbeiten die Wissenschaftler an der Erhöhung Geschwindigkeit. Bisher dauert der Druck eines Bildes mehrere Stunden. "Damit sich industriell interessante Mengen produzieren lassen, müssen wir das Tempo stark erhöhen", weiß auch Scrona-Mitgründer Galliker. Scrona hat jedoch in den vergangenen zwei Jahren den Prototyp eines skalierten Druckkopfs entwickelt, auf dem schon jetzt hunderte Düsen funktionstüchtig sind. Zudem hat sich der ETH Spin-off mit einem großen Industriekonsortium für ein EU-Projekt beworben, mit dem er die Skalierung vorantreiben will.
Scrona soll nun für die Skalierung und Kommerzialisierung der Technologie sorgen, damit Diese im großen Maßstab eingesetzt werden kann. Das Spinn-off hat dazu auch eine Kickstarter-Kampagne (Video) gestartet: Wer das Projekt unterstützen will, kann man sich sein persönliches Mikrobild drucken lassen und erhält dazu ein kreditkartengroßes Mikroskop, um das Bild auch betrachten zu können.
3D-Druck-Technologien
BEGO Varseo für Dentallabore Ganz neu bei BEGO ist der 3D-Drucker Varseo, mit dem beispielsweise Schienen, vergießbare Modellgussbasen, individuelle Abformlöffel oder Bohrschablonen mittels Hochleistungskunststoffen gefertigt werden können.
Industriell genutzer SLS-Drucker von 3D Systems Der erste 3D-Drucker stammte 1984 von 3D Systems. Neben der damals eingesetzten Stereolithographie bietet der US-Hersteller auch eine Vielzahl von Geräten mit FDM-, PolyJet- und MultiJet-, und SLS-Technologie an. Letztere steht für Selektives Lasersintern und ist in dieser ProX 500 Plus genannten Maschine verbaut, mit der sich 3D Systems vornehmlich an Industriekunden wendet.
3D-Druckgigant für Skulpturen Die Voxeljet AG aus Friedberg in Bayern hat mit dem VX4000 einen der größten 3D-Drucker weltweit. Dieser hat einen Bauraum von 4 x 2 x 1 m und wird mit dem selbstentwickelten Phenolic-Direct-Binding-Verfahren sehr viel für großformatigen Sanddruck von Skulpturen eingesetzt, für das geplante Berliner Stadtschloss zum Beispiel. Voxel (aus volumetric und pixel) bezeichnet übrigens analog zu Pixel einen Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Gitter und tritt als Name bei einigen Herstellern oder Produkten auf.
Leapfrog XeeD mit Dual-Extruder Der XeeD von Leapfrog ist ein FFF-Drucker (auf Basis der FDM-Technologie) für größere Objekte mit bis zu 350 x 270 x 220 mm zu Preisen ab etwa 7.390 Euro bei Idealo. Im Fenster zu sehen sind soeben ausgedruckte Zahnräder. Man kann seinen Entwurf per WLAN drahtlos an den Drucker schicken. Unterstützte Baumaterialien sind unter anderem ABS, Nylon oder PLA. Dank Dual-Extruder können zwei Werkstoffe in verschiedenen Farben gleichzeitig ausgedruckt werden.
Digital Wax: DWS-Schmuckdrucker DWS Systems steht für Digital Wax Systems und ist ein italienischer Hersteller, der mit dem Stereolithographieverfahren (SLA) Geräte für verschiedene Branchen anbietet. Das Modell 028JE zum Beispiel ist für Schmuckhersteller konzipiert.
SLM 500 HL mit Peripherie zur Pulverrückgewinnung Diese Laserschmelzanlage von SLM Solutions aus Lübeck gehört mit besagter Peripherie zu den teuersten 3D-Druckern weltweit. Dieser kommt mit Doppel-Laser-Technologie und einer Baukammer von 500 x 280 x 325 mm. Verarbeiten lassen sich damit unterschiedliche Materialien wie Edelstahl, Werkzeugstahl, Inconel, Kobalt-Chrom, Aluminium oder Titan.
Stratasys-Palette von FDM- und PolyJet-Druckern Der US-Hersteller Stratasys hat zwar keine Laserschmelz- oder Lasersinter-Anlagen im Programm, ist aber allein schon mit FDM-Geräten weltmarktführend bei 3D-Druckern. Hier im Bild sind neben den Extrusion- auch sogenannte PolyJet-Modelle zu sehen. Es handelt sich dabei um eine InkJet-ähnliche Technologie, bei der aber keine Tinte aus den Düsen kommt, sondern ein Photopolymer, das bei UV-Licht sofort aushärtet. Durch verschiedene Materialien lassen sich die Objekte auch in Farbe ausdrucken.
GE-Turbinendemo von SLM Solutions Hier im Bild ist ein von SLM Solutions im selektiven Laserschmelzverfahren gefertigter Prototyp einer Turbine für GE Aviation aus Edelstahl.