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In einem Arbeitsschritt gedruckt: Drei winzige, ineinander gedrehte Spiralen. 
Bild: Cytosurge.com

Nur wenige Tausendstel Millimeter gross: ETH-Forscher drucken winzige 3D-Metallbauteile

20.01.2016, 13:48

Ein neues Mikro-3D-Druckverfahren erlaubt, winzige und komplexe Metallobjekte herzustellen. Es könnte dereinst in der Uhrenindustrie oder der Medizintechnik zum Einsatz kommen.

Komplexe Strukturen mit Überhängen waren bisher eine knifflige Angelegenheit für den Mikro-3D-Druck. Es brauchte eine vorgefertigte Schablone als «Platzhalter» unter dem Überhang, und diese Schablone musste nach dem Druck entfernt werden.

Bei einem neuen Mikro-3D-Druckverfahren von Wissenschaftlern der ETH Zürich kann der freihängende Druckkopf auch seitlich drucken, wie die Hochschule am Mittwoch mitteilte. So liessen sich Überhänge auch ohne Schablone erzeugen.

In Zukunft könnte man mit dieser Technik in einem einzigen Arbeitsschritt Kleinteile für Uhren oder Mikrowerkzeuge für minimalinvasive, chirurgische Eingriffe herstellen. 

Dreidimensionale Kupfer-«Pixel»

Die Technik basiert auf einer präzise steuerbaren Mikropipette, die an einer Blattfeder befestigt ist. Die Pipette ist mit Kupfersulfatlösung gefüllt und ragt in einen Flüssigkeitstropfen auf einer Goldfläche.

«Nicht nur Kupfer, sondern auch andere Metalle lassen sich damit drucken.»
Tomaso Zambelli, ETH Zürich

Wenn die Wissenschaftler mit einer Elektrode eine Spannungsdifferenz zwischen dem Flüssigkeitstropfen und der Goldplatte anlegen, reagiert das aus der Pipette austretende Kupfersulfat zu festem Kupfer, das sich als dreidimensionaler «Pixel» auf der Goldplatte abscheidet. Indem sie die Pipette mit dem Computer steuern, können die Forscher so Schicht um Schicht komplexe Objekte aufbauen. 

Mit einer beweglichen Mikropipette stellen die ETH-Forschenden winzige Kupferobjekte her.<br data-editable="remove">
Mit einer beweglichen Mikropipette stellen die ETH-Forschenden winzige Kupferobjekte her.
Bild: Cytosurge.com/Alain reiser

Spektakuläre Formen

Je nach Grösse der Pipettenöffnung können die ETH-Wissenschaftler «Pixel» von 800 Nanometern (= 0,0008 Millimeter) bis fünf Mikrometern (= 0,005 Millimeter) Durchmesser erzeugen und entsprechend fein aufgelöste Strukturen drucken. Bei Testläufen entstanden so diverse, sehr stabile Mikroobjekte – darunter so spektakuläre Formen wie drei ineinander gedrehte Spiralen, die in einem einzigen Arbeitsschritt gedruckt wurden.

«Nicht nur Kupfer, sondern auch andere Metalle lassen sich damit drucken», erklärte Studienleiter Tomaso Zambelli vom Labor für Biosensoren und Bioelektronik der ETH Zürich in der Mitteilung. Selbst für den 3D-Druck von Polymeren und Verbundstoffen könnte die Technik geeignet sein. 

Bestehende Technik weiterentwickelt

Das Druckverfahren beruht auf einer Technik namens «FluidFM», welche ETH-Wissenschaftler vor einigen Jahren für die biologische Forschung entwickelt hatten. Damit lassen sich Zellen sortieren und analysieren, oder auch Substanzen in einzelne Zellen injizieren.

Die Forscher um Zambelli, insbesondere sein Doktorand Luca Hirt, entwickelten «FluidFM» für den Mikro-3D-Druck weiter. Nun stellen sie die Methode im Fachmagazin «Advanced Materials» vor. (dhr/sda)

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