Exzellenscluster aus Baden-Württemberg widmet Forschung dem Mikro- und Nano-3D-Druck mittels Laser
Die additive Fertigung hält weltweit Einzug, besonders, wenn es um wirtschaftlich wichtige Industrien geht. So ist es auch in Deutschland der Fall: Einer Statistik der IPlytics GmbH zufolge befindet sich Deutschland im weltweiten Vergleich nach Anzahl der Patente im Bereich des 3D-Drucks auf dritter Position, nach den Vereinigten Staaten von Amerika und China. Um diesen technologisch fortschrittliche Position allerdings weiter auszubauen und den 3D-Druck auf das nächste Level zu bringen, hat sich im Süden Deutschlands, um genau zu sein in Baden-Württemberg, ein Exzellenzcluster bestehend aus dem Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg geformt. Mit dem Namen ‚3D Matter Made to Order (3DMM2O)‘ wurde dieses Projekt durch die Zusammenarbeit durch deutsche Exzellenzstrategie, die Carl-Zeiss-Stiftung und die Helmholtz-Gemeinschaft seit ihrer Gründung am 1. Januar 2019 verstärkt. Nun gibt es bereits die ersten Resultate dieses Exzellenzclusters.
Die Forschung besteht aus drei Obergruppen (Materialien, Technologien und Anwendungen). Mit dem Projektnamen „Molecular Materials“, die zudem auch die Grundlage des baden-württembergischen Clusters bildet, möchte man die sich mit den darin befindenden drei Teilbereichen Molekulare Einheiten (A1), kristalline molekulare Baugruppen (A2) und fortgeschrittene makromolekulare Resists (A3) im Zuge der Forschung intensiver beschäftigen.
Überblick der Molekular-Materialien von 3D Matter Made to Order
Im ersten Forschungsblock der Molekularen Einheiten liegt der Fokus hierbei auf dem Design und dessen breiten Portfolio an Funktionalitäten. Dabei kamen drei Herausforderungen auf die Forscherteams zu, die es zu bewältigen galt: Die Skalierbarkeit, das Design und dessen Funktionalität der molekularen Einheiten. Zur Lösungsfindung herangezogen wurden unterschiedliche Methoden der organischen Synthese, die im besten Fall in in zwei allgemeinen Strukturklassen resultieren. Diese sich daraus gebildeten funktionellen Molekularbausteine sollen auf Grund ihrer chemischen Stabilität, Temperaturbeständigkeit und auch Längenskalen optimal als Material für den 3D-Druck genutzt werden können. Im zweiten Baustein der Materialforschung von 3D Matter Made to Order wird ein Blick auf die kristallinen molekularen Baugruppen geworfen, wobei der Fokus hierbei auf die Erforschung der Oberflächen von molekularen Bausteinen liegt wie auch auf dessen kontrollierte Selbstorganisation. Dabei strebt man das konkrete Ziel an, Baugruppen in hierarchischer Anordnung mit unterschiedlichen Funktionalitäten herzustellen, die bei Bedarf genutzt werden können. Um dies zu erreichen verfolgen die Einrichtungen zwei verschiedene Strategien: zum einen versucht man während des Kristallisationsprozesses komplexe Selbstorganisationsmuster der Baugruppen zu erzeugen. Die zweite Strategie erfolgt mittels Laserdruck, die zur Herstellung von Oberflächenverankerten metallischen Gerüsten verhelfen soll.
Abschließend beschäftigt sich die dritte und somit letzte Forschungsrichtung der Molekular-Materialien für den 3D-Drucker mit fortschrittlichen makromolekularen Resists. Dabei galt es vier Herausforderungen des Resists zu umgehen, damit diese am Ende jene Strukturen aufweisen, die Materialeigenschaften von isolierend bis hochleitend haben und von der 3D-Laserlithografie verwendet werden kann. In diesem Fall kann es zu vier unterschiedlichen Einzelzielen an Materialeigenschaften kommen: an erster Stelle steht dabei die Entwicklung von effektiven Subbeugungsresists, gefolgt von abbaubaren Resists, leitfähigen Resists wie auch Multimaterialresists. Die Forschungsteams geben an, dass diese Forschungen ausschlaggebend für die weitere Erforschung eines ihrer Gebiete ist: 3D-Laser-Nanoprinting. Dabei möchte man die additive Fertigung im Bereich der Mikrometer- und Nanometerskalen durch laserbasierte Ansätze weiter vorantreiben.
Mikro- und Nano-3D-Druck sollen verbessert werden
Wenn es um den Mirko- oder auch Nano-3D-Druck geht, so liegen die aktuellen Mindestgrößen im Bereich rund um 100 nm. Da aber eines der Themeninhalte von 3DMM20 in dem benutzbaren Portfolio an verfügbaren Materialien liegt, zeigte sich hier zuvor schon auf, dass dieses im aktuellen Bestand äußerst begrenzt ist. Als Beispiel werden hierbei elektrisch leitende oder auch biologisch abbaubare 3D-Nanostrukturen genannt. Wenn Sie mehr über die Forschungen von 3D Matter Made to Order im Bereich des 3D-Drucks erfahren möchten, dann klicken Sie bitte HIER.
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*Titelbildnachweis: 3D Matter Made to Order/KIT (roter und blauer Laserlicht zum 3D-Druck)
