06.08.2018

Löschbare 3D-Tinten

Spaltbare Fotolacke ermöglichen komplexere Strukturen im 3D-Druck.

Der 3-D-Druck gewinnt stetig an Bedeutung, da er das effi­ziente Fertigen auch komplexer Geometrien ermög­licht. Als besonders vielver­sprechendes Verfahren gilt das direkte Laser­schreiben: Ein computer­gesteuerter fokus­sierter Laser­strahl fungiert als Stift und erzeugt die gewünschte Struktur in einem Fotolack. So lassen sich dreidimen­sionale Strukturen mit Details im Submikrometer­bereich herstellen. „Die hohe Auflösung ist besonders attraktiv für Anwen­dungen, die hoch präzise fili­grane Strukturen erfordern, wie in der Biomedizin, in der Mikrofluidik, in der Mikro­elektronik oder für optische Meta­materialien“, erklären Christopher Barner-Kowollik, Leiter der Arbeits­gruppe Makro­molekulare Archi­tekturen am Institut für Technische Chemie und Polymer­chemie des Karlsruher Instituts für Tech­nologie KIT und seine Kollegin Eva Blasco. Bereits vor mehr als einem Jahr war es Forschern des KIT gelungen, die Möglichkeiten des direkten Laser­schreibens entscheidend zu erweitern: Die Arbeits­gruppen von Martin Wegener am Institut für Angewandte Physik des KIT und von Christopher Barner-Kowollik entwickelten nun eine lösch­bare Tinte für den 3-D-Druck. Dank einer rever­siblen Bindung lassen sich die Bausteine der Tinte wieder voneinander trennen.

Abb.: Diese dreidimensional gedruckten Mikrostrukturen aus verschiedenen spaltbaren Fotolacken lassen sich selektiv wieder abbauen. (Bild: KIT / NPG)

Nun haben die Wissen­schaftler ihre Neuerung wesent­lich verfeinert. Sie haben mehrere Tinten entwickelt, die sich unabhängig voneinander löschen lassen. Dies erlaubt es, die laserge­schriebenen Mikro­strukturen selektiv und sequen­ziell abzubauen und wieder aufzubauen. So lassen sich beispiels­weise bei besonders komplexen Konstruk­tionen temporäre Stützen errichten und im weiteren Konstruktions­prozess wieder entfernen. Bei dreidimen­sionalen Gerüsten für das Zell­wachstum könnte es möglich sein, Teile zu entfernen und hinzu­zufügen, um zu beobachten, wie die Zellen auf solche Verän­derungen reagieren. Außerdem gestatten die gezielt lösch­baren 3-D-Tinten den Austausch beschädigter oder verschlis­sener Teile in komplexen Konstruk­tionen.

Bei der Herstellung der spaltbaren Foto­lacke ließen sich die Forscher von abbau­baren Bioma­terialien inspirieren: Die Foto­lacke basieren auf Silan­verbindungen, die sich leicht trennen lassen. Bei Silanen handelt es sich um Silizium-Wasserstoff-Verbin­dungen. Die Wissen­schaftler bereiteten sie durch gezielten Atom­austausch für die Fotolacke auf. So lassen sich Mikro­strukturen gezielt unter milden Bedingungen abbauen, ohne dabei Strukturen mit anderen Material­eigenschaften zu beschädigen – ein wesent­licher Vorteil gegenüber früheren lösch­baren 3-D-Tinten. Die neuen Fotolacke enthalten außerdem das Monomer Pentaerythritol­triacrylat, das den Schreib­prozess wesentlich verbessert, ohne die Lösch­barkeit zu beein­trächtigen.

KIT / JOL

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