{"id":166107,"date":"2019-02-22T07:00:01","date_gmt":"2019-02-22T06:00:01","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=166107"},"modified":"2019-02-22T07:00:01","modified_gmt":"2019-02-22T06:00:01","slug":"forschung-3d-technologien-zum-druck-von-nano-bis-makrostrukturen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/forschung-3d-technologien-zum-druck-von-nano-bis-makrostrukturen\/","title":{"rendered":"Forschung: 3D-Technologien zum Druck von Nano- bis Makrostrukturen"},"content":{"rendered":"

Im Exzellenzcluster \u201e3D Matter Made to Order\u201d (3DMM2O) wollen Forschende des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT)<\/a> und der Universit\u00e4t Heidelberg<\/a> der additiven Fertigung v\u00f6llig neue Impulse geben: Ziel ist die Entwicklung von 3D-Technologien, die einen flexiblen, digitalen Druck erm\u00f6glichen. Zudem sollen mit neuartigen Tischger\u00e4ten das Erstellen von Strukturen von der molekularen bis hin zur makroskopischen Ebene umgesetzt werden. Denn mit additiven Verfahren ist inzwischen fast jede beliebige Struktur umsetzbar. Diese k\u00f6nnten zum Beispiel im Nanobereich \u2012 je nach verwendeter \u201eTinte\u201c \u2012, unterschiedlichste Funktionen erf\u00fcllen. Beispiele w\u00e4ren hier hybride, optische Chips oder auch Bioger\u00fcste f\u00fcr Zellgewebe.<\/p>\n

\u201eDer 3D-Druck bietet gerade im Mikro- und Nanobereich enorme M\u00f6glichkeiten. Die Herausforderungen, um diese zu erschlie\u00dfen, sind jedoch ebenso gewaltig\u201c, so Martin Wegener, Professor am Institut f\u00fcr Angewandte Physik und Direktor am Institut f\u00fcr Nanotechnologie des KIT sowie Sprecher des Exzellenzclusters 3DMM2O. Gefragt sind vor allem Technologien und Verfahren, die auf der Basis digitaler Konstruktionsdaten bereits kleinste Strukturen schnell und qualitativ hochwertig umsetzen k\u00f6nnen. \u201eHier setzen wir mit unserem Cluster an. Wir wollen die 3D-Fertigung und Materialverarbeitung vom Molek\u00fcl bis zur Makrostruktur vollst\u00e4ndig digitalisieren und neue Fertigungstechnologien f\u00fcr konkrete Anwendungsfelder entwickeln.\u201c<\/p>\n

\u201eOhne neuartige Tinten und Photolacke aus der Chemie heraus wird dies nicht gehen. Anwendungen in der Biologie erfordern beispielsweise Materialien, die gleichsam auf Knopfdruck wieder abbaubar sind unter physiologischen Bedingungen, wie auch elektrisch leitf\u00e4hige Materialien, die in 3D mit Nanometerpr\u00e4zision verdruckbar sind\u201c, erg\u00e4nzt Uwe Bunz, Professor f\u00fcr Organische Chemie an der Universit\u00e4t Heidelberg, Mitglied des dortigen Centre for Advanced Materials CAM<\/a>\u00a0und ebenfalls Sprecher von 3DMM2O.<\/p>\n

Zusammenarbeit von drei Forschungsbereichen<\/h3>\n

Die additiven Prozesse und Technologien, die Anwendungen in den Bereichen Material- und Lebenswissenschaften erm\u00f6glichen, sollen zuk\u00fcnftig feiner, schneller und vielf\u00e4ltiger sein. Um dies zu erreichen setzen die Forschenden aus Natur- und Ingenieurwissenschaften in drei ineinandergreifenden Forschungsfeldern an. So entstehen im Feld \u201eTechnologien\u201c neuartige Werkzeuge. Diese sollen Strukturen bis zu zehn Nanometer fertigen. Auch wird mit ihnen ein schnellerer, pr\u00e4ziserer Druck mit unterschiedlichen Tinten und Photolacken angepeilt. Diese wiederum werden von den Wissenschaftlern aus dem Bereich \u201eMolekulare Materialien\u201d entwickelt. Die so ma\u00dfgeschneiderten, k\u00fcnstlichen Materialien sollen ein breites Spektrum an Eigenschaften aufweisen und sich kombinieren lassen. Das Forschungsfeld \u201eApplikationen\u201c bringt die Forschung schlie\u00dflich in die Anwendung. Hier liegt der Fokus auf den Bereichen Optik und Photonik, Material- sowie Lebenswissenschaften. So k\u00f6nnen beispielsweise die gedruckten 3D-Strukturen die Leistung optischer Chips f\u00fcr die Informationsverarbeitung verbessern oder in k\u00fcnstlichen Retinae zum Einsatz kommen.<\/p>\n

\u201eUnser Ansatz besteht darin, digitale Informationen in ma\u00dfgeschneiderte, funktionale Materialien, Ger\u00e4te und Systeme zu \u00fcbersetzen\u201c, so Wegener. Langfristiges Ziel von 3DMM2O ist es, eine Art Tischger\u00e4t zu bauen, das keine besonderen r\u00e4umlichen Voraussetzungen, wie etwa eine gro\u00dfe Produktionshalle, Vakuum oder bestimmte Temperaturen, erfordert. \u201eWir wollen bisher unzug\u00e4ngliche wissenschaftliche Anwendungen quasi f\u00fcr zu Hause erschlie\u00dfen und den 3D-Druck auf Knopfdruck erm\u00f6glichen\u201c, erkl\u00e4rt Wegener.<\/p>\n

Hintergrund<\/h3>\n

3DMM2O konnte sich 2018 in der F\u00f6rderlinie \u201eExzellenzcluster\u201c der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)<\/a> durchsetzen. Insgesamt stehen f\u00fcr diese F\u00f6rderlinie j\u00e4hrlich rund 385 Millionen Euro zur Verf\u00fcgung. Die Carl-Zeiss-Stiftung<\/a>\u00a0f\u00f6rdert das Cluster zus\u00e4tzlich \u00fcber sechs Jahre hinweg mit acht Millionen Euro. Diese Mittel flie\u00dfen in ein Doktoranden-Stipendienprogramm, eine neue Professur am CAM, ein neues Nutzerlabor am KIT und in eine begleitende \u201eVision Assessment\u201c-Studie, welche die gesellschaftlichen und ethischen Implikationen der Visionen von 3DMM2O erforschen soll.<\/p>\n

HEiKA Graduiertenschule \u201eFunctional Materials\u201c<\/h3>\n

Ein zentrales Strukturelement des Clusters ist die HEiKA (Heidelberg Karlsruhe Strategic Partnership) Graduiertenschule<\/a>\u00a0mit dem Forschungsbereich “Functional Materials”. Diese umfasst alle gemeinsamen bilateralen Aktivit\u00e4ten des KIT und der Universit\u00e4t Heidelberg. Die Graduiertenschule bindet Masterstudierende, Doktorandinnen und Doktoranden in das stark interdisziplin\u00e4re Forschungsgebiet ein. Hierbei spielt ein breites Modulprogramm eine wichtige Rolle. Die Carl-Zeiss-Stiftung f\u00f6rdert j\u00e4hrlich bis zu vier Masterstudierende, die eine Promotion im Forschungsumfeld von 3DMM2O anstreben. Zus\u00e4tzlich unterst\u00fctzt die Stiftung bis zu 20 Doktorandinnen und Doktoranden bei ihrer Dissertation in den Themenbereichen des Clusters.<\/p>\n

Materialmix und bewegliche Mikrostrukturen<\/h3>\n

Die Forschenden des KIT und der Carl Zeiss AG entwickelten gemeinsam ein System, mit dem sie mehrfarbig fluoreszierende Sicherheitsmerkmale dreidimensional additiv herstellen k\u00f6nnen. Damit lassen sich beispielsweise Geldscheine, P\u00e4sse und Markenprodukte vor F\u00e4lschung sch\u00fctzen. Grundlage ist die 3D-Laserlithografie, bei der ein Laserstrahl computergesteuert einen fl\u00fcssigen Fotolack durchf\u00e4hrt und das Material nur am Fokuspunkt des Laserstrahls aush\u00e4rtet. Die Wissenschaftler bauten daf\u00fcr eine selbst entwickelte, mikrofluidische Kammer in das Lithografieger\u00e4t. Mit dieser k\u00f6nnen sie nun verschiedenste Materialien verdrucken. So setzt ein einziges Ger\u00e4t dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen aus mehreren Materialien<\/a> in einem Prozessschritt um.<\/p>\n

Das direkte Laserschreiben erm\u00f6glicht bereits jetzt routinem\u00e4\u00dfig pr\u00e4zise Strukturen auf der Mikroskala. F\u00fcr Anwendungen in der Biomedizin w\u00e4re es jedoch vorteilhaft, wenn die gedruckten Objekte nicht starr sind, sondern bewegliche Systeme w\u00e4ren, die nach dem 3D-Druck schaltbar sind. Forschende des KIT konnten nun dreidimensionale Strukturen aus Hydrogelen<\/a> erstellen, die durch den Einfluss von Temperatur oder Licht ihre Form stark ver\u00e4ndern. Diese sind in w\u00e4ssriger Umgebung funktionsf\u00e4hig und damit ideal f\u00fcr Anwendungen in Biologie und Biomedizin.<\/p>\n

 <\/p>\n

Bild oben: Der 3D-Druck erm\u00f6glicht viele gro\u00dfe und sehr kleine Anwendungen: Mit spezieller Tinte k\u00f6nnen etwa Bioger\u00fcste f\u00fcr Zellgewebe entstehen \u00a9Martin Bastmeyer, KIT<\/em><\/p>\n

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