Tomographischer Volumetrischer 3D Drucker

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539847545

Ziel dieses Antrages ist die Beschaffung eines tomografischen volumetrischen 3D-Druckers der nächsten Generation, der den 3D-Druck durch die tomographische Rekonstruktion eines Objekts im Volumen mittels photochemischer Reaktionen wie z. B. Photohärtung und Photovernetzung, ermöglicht. Im Gegensatz zu aktuellen 3D-Druckansätzen, die auf der sequentiellen schichtweisen Belichtung von Ebenen basieren, ermöglicht der tomografische volumetrische Druck das gleichzeitige Strukturieren des gesamten Volumens. Da wir unlängst wichtige Beiträge zu einigen der wichtigsten Fortschritte dieser Technik geleistet haben, wollen wir ein maßgeschneidertes System erwerben, das vor allem für die fortschrittliche Materialtechnik geeignet ist und es ermöglicht, Materialien zu entwerfen, die die Grenzen dieses Verfahrens erweitern. Konkret zielen wir darauf ab, Ansätze für Multiwellenlängen-, Multimaterial- und Gradientenmaterialien zu entwickeln, die für ein breites Anwendungsspektrum geeignet sind, das vom tomografischen Volumendruck von Gläsern, Metallen, Formgedächtnispolymeren bis hin zu Soft Machines und weichen Materialien reicht. Als erste Technologie ihrer Art, die die klassischen Probleme des schichtweisen Aufbaus konventioneller 3D-Druckverfahren nicht mehr aufweist, verspricht der tomografische Volumendruck beispielsweise die Herstellung von Bauteilen aus mehreren Materialien durch sequentielle volumetrische Belichtungen auf und um bereits vorhandenen Strukturen. Dies ermöglicht die Erzeugung von Komponenten mit maßgeschneiderten physikomechanischen Eigenschaften in drei Dimensionen und ermöglicht so z. B. aktuatorintegrierte Soft Machines, Hochleistungsoptiken die beispielsweise mehrere Brechungsindices oder Indexgradienten aufweisen, sowie programmierbare Materialien für den 4D-Druck. Ermöglicht wird dies durch ein spezifisch auf unseren Anwendungen optimiertes und konfektioniertes System mit spezifischen Maschinenupgrades, das den tomografischen Volumendruck mit mehreren Wellenlängen innerhalb desselben Belichtung ermöglicht und so die orthogonale lithografische Strukturierung von Materialien mit unterschiedlichen physikalisch-mechanischen Eigenschaften ermöglicht. Darüber hinaus wird das Instrument mit einer hochauflösenden Optik aufgerüstet, um die Strukturierung von Materialien mit Auflösungen im niedrigen 10 µm-Bereich zu ermöglichen und so die Herstellung von MEMS-Komponenten, Aktoren sowie mechanischen Metamaterialien erlauben. Der Drucker wird ein wesentlicher Bestandteil der fortgeschrittenen materialtechnischen Forschung an der Universität Freiburg sein und die Forschung an verschiedenen Fakultäten (Ingenieurwesen, Biologie, Chemie und Pharmazie), Universitätszentren (Freiburger Materialforschungszentrum (FMF), Freiburger Zentrum für Interaktive Materialien und bioinspirierte Technologien (FIT)), sowie dem Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) stärken.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Tomographischer Volumetrischer 3D Drucker (Teilfinanzierung)
• Gerätegruppe: 5740 Laser in der Fertigung
• Antragstellende Institution: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Bastian Ernst Rapp