Nagy felbontású 3D-nyomtatás extraerős lézersugárral

Egy nemrégiben kifejlesztett, nagy teljesítményű lézerrel felszerelt rendszer lehetővé tette a 2PP (kétfotonos polimerizáció) 3D-nyomtatási technológiát használó osztrák szakemberek számára, hogy a nano-, a mikro- és a mezo mérettartományban is rendkívül precízen és gyorsan nyomtathassanak.

A nagy teljesítményű lézer, az optimalizált optikai útvonaltervező, a szabadalmaztatott adaptív felbontású technológia és a lézeres letapogatást végző intelligens algoritmusok együttes, rendszerben való alkalmazása olyan nagy felbontású 3D-nyomtatást tesz lehetővé, amilyenre még soha nem volt példa. A nano- és mikrofelbontású alkatrészek mostantól tizenkét különféle méretben (akár nagy mennyiségben is) nyomtathatók – korábban nem tapasztalt gyorsasággal.

Mindezt a bécsi UpNano GmbH, a TU Wien spin-out-ja tette lehetővé azáltal, hogy kifejlesztett egy csúcskategóriás 2PP 3D-nyomtató rendszert, amely képes akár 100–1012 mikroköbméter térfogatú polimer alkatrészeket is előállítani. Ugyanakkor a nyomtató lehetővé teszi a nano- és mikroméretű részek pontos 3D-s megjelenítését. Nemrégiben a vállalat ezt a figyelemre méltó képességet az Eiffel-torony négy modelljének kinyomtatásával mutatta be, melyek mérete 200 mikrométer és 4 centiméter között volt – tökéletesen ábrázolva az összes apró szerkezeti elemet. Mindezt a teljesítményt ráadásul 30–540 perc alatt sikerült elérniük. Ezzel a 2PP 3D-nyomtatás készen áll a K + F és az ipari alkalmazások számára olyan területeken is, amelyek eddig lehetetlennek tűntek.

A 2-foton polimerizáció (2PP) a 3D-nyomtatás olyan ultrapontos gyártási technológiája, amelyet eddig csak nagyon korlátozott méretarányra lehetett optimalizálni. Ezenkívül a centiméteres tartományban (mezo-tartományban) történő gyártás rendkívül sokáig tartott, emiatt nem volt vonzó az ipari mennyiségű termelés szempontjából. Az osztrák UpNano GmbH most bebizonyítja, ami lehetetlennek tűnt: NanoOne nyomtatási rendszerük nagyon precíz mintákat képes előállítani nano- és mikrométeres felbontásban is, centi-, milli- és mikrométeres méretben is. Mindezt ráadásul percek alatt teszi.

A fotonok hatalma

„Kidolgoztunk és szabadalmaztattunk egy innovatív adaptív felbontási technológiát a 3D nyomtatási rendszerünkhöz” – magyarázza Peter Gruber, az UpNano technológiai vezetője és társalapítója. „Az optimalizált optikai út és az intelligens algoritmusok mellett a lézer teljesítményét akár 1 Watt erősségig növelhetjük, ami többszöröse az átlagos rendszerek teljesítményének.” Egy ilyen erős lézer elegendő energiát szolgáltat a nagy sebességű nyomtatáshoz, különösen adaptív felbontású módban. Ez valójában jelentős előnyt jelent más, gyengébb lézereket használó rendszerekhez képest, amelyekben korlátozott az átviteli sebesség.

„Ennek az innovációnak az előnye a mezo tartományban a leginkább tetten érhető” – teszi hozzá Bernhard Küenburg, az UpNano vezérigazgatója. A NanoOne rendszer jelentősen gyorsabb gyártási időt kínál, mint más rendszerek. Ehhez adjuk hozzá szabadalmaztatott adaptív felbontási technológiánkat, míg végül lehetőség nyílik a centiméteres méretű tárgyak kinyomtatására is, mikrométer pontosságú felbontással, rövid gyártási ciklusok alatt.” Ez az algoritmus lehetővé teszi a lézerfolt 10 faktoros kiszélesítését 10-es fokozatig, a nyomtatott minta specifikációjának megfelelően. A célok egyszerű megváltoztatása (többféle is rendelkezésre áll, a négyszeres nagyítástól a 100-szorosig terjedő mértékben) lehetővé teszi alkatrészek előállítását a mikrotartományban, nanométeres felbontással. Ez is sokkal gyorsabb, mint más rendszerek, a speciális optikai útvonalaknak, az optimalizált letapogatási algoritmusoknak és a saját adaptív felbontási technológiának köszönhetően.

És hogy hol alkalmazható az eljárás? Jó példa erre az orvostudományban és a kutatásban a mikrotűk előállítása, szigorú tűréshatárokkal és meghatározott jellemzőkkel, mint amilyen a szúrófej, a kanül vagy a tartály. A funkcionális mikromechanikus alkatrészek az UpNano technológia egy másik érdekes alkalmazási területét jelentik. A benchmarking példa egy funkcionális rugó, amelynek magassága 6 milliméter, és kevesebb, mint 6 perc alatt elkészül a kinyomtatása; vagy kétkomponensű alkatrészek mellékelt mozgatható elemekkel, egyetlen nyomtatási munkában nyomtatva a med-tech alkalmazásokhoz.

Hegyi Heni, NEW technology