22.10.2018 | News

„Keiner kann kleiner“ – der Nano-3D-Drucker Nanoscribe

Neue Maßstäbe in der Mikrofabrikation

Der Nanoscribe kann kleinste Strukturen drucken. Fotos: Hochschule Reutlingen/Sonnemann

Isa Sonnemann

Labortüren öffnen und Forschung verständlich erklären – das ist das Ziel der neuen RRI-Veranstaltungsreihe „re:search live – Forschung erleben“, die im Juni mit der Präsentation des Formiga-3D-Druckers der Fakultät Technik gestartet war. Auch die zweite Veranstaltung vor rund 60 interessierten Hochschulangehörigen stand ganz im Zeichen der modernen 3D-Technologie. Prof. Dr. Karsten Rebner vom Lehr- und Forschungszentrum Process Analysis & Technology (PA&T) und Prof. Dr. Günter Lorenz, Dekan der Fakultät Angewandte Chemie, demonstrierten eine Revolution des 3D-Drucks: den Nanoscribe – ein Drucker, der im kleinsten Nano- und Mikrometerbereich drucken kann.

Bevor das Publikum den Nanoscribe im Untergeschoss von Gebäude 1A besichtigen durfte, erklärte Prof. Dr. Lorenz zunächst die Funktionsweise des vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelten, rund eine halbe Million Euro teuren Gerätes.  „Nur eine Handvoll 3D-Drucker verwenden Fotolacke für den Druck“, so Lorenz. Bei der 3D-Laser-Lithografie härtet ein computergesteuerter Laserstrahl in einem speziellen Fotolack Strukturen aus, deren kleinste Abmessungen weniger als ein Tausendstel eines Millimeters betragen. Der Nanoscribe verwendet zur Aushärtung des Lacks die sogenannte zwei-Photonen-Absorption einer nahen Infrarot-Lichtquelle. Mit Hilfe eines Mikroskop-Aufbaus wird dabei das Licht durch ein Objektiv punktuell gebündelt. Durch die extrem hohe Spitzenleistung im Laserfokus lassen sich Punktgrößen von bis zu 200 Nanometer erzeugen – das bedeutet höchste Präzision bei Submikrometerstrukturen. Das Beweisstück vor Ort war mit bloßem Auge kaum mehr zu erkennen, entpuppte sich unter dem Mikroskop allerdings als ein winziges, filigranes Meisterwerk: der Eiffelturm, 2mm klein, perfekt gedruckt mit dem Nanoscribe, ließ die Anwesenden staunen.

Spritzguss: Strukturen erst drucken, dann abformen

Doch wozu dient diese hochpräzise 3D-Nanotechnologie? Und wo kommt sie zum Einsatz? „Die Technologie ist sehr anwendungsorientiert und wird bei uns interdisziplinär eingesetzt“, betont Prof. Dr. Lorenz. Ein Anwendungsgebiet ist beispielsweise das Spritzgussverfahren: Mit dem Nanoscribe können zunächst fast alle Oberflächenstrukturen verwirklicht werden. Die anschließenden Abformungen der 3D-Strukturen ermöglichen die Herstellung eines Werkzeugeinsatzes, der im nachfolgenden Schritt als eine Art „Schablone“ im Mikrospritzguss verwendet werden kann. Diese Werkzeuge sind unter anderem in der Biomedizin einsetzbar, um Implantate in größerer Stückzahl kostengünstig herzustellen.

Bakterienbildende oder abriebfeste Oberflächen in der Biotechnologie

Im Fokus der Forschungsaktivitäten mit dem Nanosribe stehen auch die Veränderungen von Oberflächenstrukturen: In einem beantragten Projekt aus dem Bereich der Biotechnologie soll eine geeignete Polymeroberfläche entwickelt werden, auf der sich gezielt bakterielle Biofilme ansiedeln lassen. „So kann die Produktion von bestimmten organischen Zellen gesteigert werden“, fasste Lorenz zusammen.

Mit der Entwicklung abriebfester und reibungsfreier Oberflächen für die Implantatforschung ist am PA&T Doktorand Markus Schneider beschäftigt. Er führte die forschungsinteressierten BesucherInnen abschließend in das UV-Licht-geschützte Labor, das vor einem Jahr eigens für den weiß verkleideten, flachen Drucker eingerichtet worden ist. „Tageslicht ist Gift für den Nanoscribe, weil der von uns verwendete Fotolack sonst unkontrolliert aushärten würde“, sagte Schneider. Schritt für Schritt demonstrierte er, wie der 3D-Druck mit dem Nanoscribe funktioniert. Unterdessen bearbeitete das leistungsstarke Gerät live eine vorbereitete Oberfläche mit dem RRI-Logo, denn auch für die Herstellung mikrooptischer Oberflächen eignet sich der Drucker besonders gut. Das sei besonders für die industrielle Serienproduktion, beispielsweise in der Automobil- oder Pharmaindustrie, von großem Interesse, erläuterte Prof. Dr. Rebner vom PA&T. Der Spezialist auf dem Gebiet der Prozessanalyse resümiert: „Der Nanoscribe setzt neue Maßstäbe in der Mikrofabrikation. Unsere Hochleistungs-3D-Drucker in den Fakultäten ESB Business School, Angewandte Chemie und Technik eröffnen den Forschenden ganz neue Möglichkeiten. Die Hochschule Reutlingen hat damit als eine der wenigen Hochschulen deutschlandweit alle 3D-Druck-Verfahren unter einem Dach zu bieten.“