Designfreiheit für den 3-D-Druck

Eine neue Technologie soll den 3-D-Druck von verschiedenen Materialien schneller und präziser machen: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat das Projekt „MatrixPrint“ zur Förderung in seinem Nachwuchswettbewerb „NanoMat Futur“ ausgewählt. Damit erhält Dr. Dorothea Helmer vom Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg 1,9 Millionen Euro, um so genannte strukturviskose Matrices für den 3-D-Druck von Glas, Metall und Polymeren zu entwickeln.

„Bei den bisherigen Methoden des 3-D-Drucks werden Stützstrukturen benötigt, um komplexe Strukturen mit hoher Präzision herstellen zu können“, erklärt Helmer. „Das kostet viel Zeit und zusätzliches Material und schränkt die Designfreiheit drastisch ein.“ Zudem ist es für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nur schwer möglich, dünne Kanäle zu erzeugen, die beispielsweise für die Herstellung von künstlichen Blutgefäßen oder kleinen Synthesereaktoren notwendig sind. Grund dafür ist die bisher oft zu geringe Präzision des 3-D-Drucks. „Hinzu kommt“, sagt die Freiburger Forscherin, „dass viele grundlegend verschiedene Druckmethoden und Maschinen notwendig sind, um unterschiedliche Materialien im 3-D-Druck zu produzieren.“

Helmer entwickelt deshalb in ihrem Projekt „MatrixPrint“ eine 3-D-Druck- Plattform, die aus einer neuen Art geleeartiger Stützmatrices und Nanotinten besteht. Diese Technologie kann Metalle, Gläser und Polymere auf einer einzigen Maschine strukturieren. Zudem braucht sie keine gedruckten Stützstrukturen, was eine neue Freiheit im Design ermöglicht. Der Druck erfolgt über ein System, bei dem Helmer die Nanotinten über ein feines Röhrchen in eine Matrix einbringt. Diese neu entwickelten Stützmatrices können die eingespritzte Tinte trotz Dichteunterschieden und Volumenzuwachs in Form halten. Nachdem die Tinte gehärtet ist, können die dabei entstandenen dreidimensionalen Strukturen aus der weichen Matrix gelöst werden. Durch die flüssige Phasengrenze zwischen Matrix und Tinte ergeben sich besonders glatte Strukturoberflächen. Die Stützmatrix lässt sich anschließend für weitere Drucke wiederverwenden. Die Freiburger Forscherin will auf diese Weise feine Kanäle mit integrierter Elektronik herstellen, um beispielsweise Zellversuche oder Analysen on-chip zu ermöglichen.

Dorothea Helmer studierte in Karlsruhe Chemie und wurde an der Technischen Universität Darmstadt im Bereich organische Chemie und Biochemie promoviert. Sie forschte anschließend am Institut für Mikrostrukturtechnik am Karlsruher Institut für Technologie und arbeitet seit 2018 in der Arbeitsgruppe für Prozesstechnologie von Prof. Dr. Bastian E. Rapp am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg.