An der TU Wien werden Skulpturen in Sandkorn-Größe erzeugt – durch Zwei-Photonen-Lithographie.
3D-Drucker sollen in Zukunft die Möglichkeit bieten, nicht nur zweidimensionale Farbe auf Papier zu drucken, sondern maßgeschneiderte Skulpturen zu fabrizieren. In Wien hat man nun die Technik der Zwei-Photonen-Lithographie erheblich beschleunigt: Bisher wurde die Geschwindigkeit dieser Druckvorgänge in Millimetern pro Sekunde gemessen – ein neues Gerät schafft fünf Meter pro Sekunde.
Die Grundidee dieser Technik ist einfach: Man verwendet flüssiges Harz, das genau dort aushärtet, wo es von einem fokussierten Laserstrahl getroffen wird. Lenkt man den Fokuspunkt des Laserstrahls geschickt durch das Harz, kann man dadurch ausgehärtete Harz-Linien im dreidimensionalen Raum erzeugen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Laserlicht mit Materie wechselwirken kann. Materie kann Photonen des Laserstrahls absorbieren und in Atomschwingungen – und damit in Wärme – umwandeln. Photonen können Elektronen eines Atoms auf einen höheren Energiezustand heben oder Moleküle zu Schwingungen und Vibrationen anregen. Meist braucht man für solche Vorgänge immer nur ein Photon. Je mehr Photonen zur Verfügung stehen, umso häufiger kann Energie des Lasers auf die Materie übertragen werden – aber jedes einzelne Photon wirkt für sich alleine.
Die Zwei-Photonen-Lithographie funktioniert aber anders: Das Harz enthält Moleküle, die vom Laserlicht aktiviert werden und eine Reaktion auslösen, die zu einer Aushärtung des Harzes führt. Wichtig dabei ist, dass es zu dieser Aktivierung nur dann kommt, wenn ein Molekül gleichzeitig zwei Photonen des Laserstrahls absorbiert. Damit das (mit messbarer Wahrscheinlichkeit) geschehen kann, muss die Intensität des Laserstrahls sehr hoch sein. So ein Zwei-Photonen-Effekt tritt also nur dort ein, wo die Laser-Intensität am höchsten ist: im zentralen Inneren des Brennpunktes.
Daher lassen sich mit der Zwei-Photonen-Technik unglaublich feine Details erzeugen: Nur dort, wo die Intensität am allerhöchsten ist, wird das Harz gehärtet. So ist es möglich, Skulpturen herzustellen, die kleiner sind als die Dicke eines menschlichen Haars. Im folgenden Video lässt sich außerdem sehen, wie beeindruckend schnell diese Technik funktioniert: Ein paar Laser-Lichtblitze genügen, und schon ist eine ganze Schicht fein strukturierten Harzes ausgehärtet.
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