Forschung & Entwicklung

3-D-Laserdruck in Farbe

Objekte aus dem Laser-3-D-Druck waren bisher weiß oder schwarz. Nanopartikel auf den Polymerpulvern ermöglicht nun erstmals das Drucken farbiger Gegenstände. Dafür reichen kostengünstige Diodenlaser.

Lüftungsgitter in Flugzeugkabinen, Serienbauteile in Autos und neuerdings auch Mascara-Bürsten: Die Industrie nutzt bereits seit einigen Jahren 3-D-Drucker auf Laserbasis, wenn es auf Präzision und gute mechanische Eigenschaften ankommt. Allerdings sind die Geräte teuer, groß und drucken nur weiß. Für zu Hause gibt es neuerdings Tischgeräte, aber die wiederum können nur schwarz drucken. Ein Team vom Center for Nanointegration (Cenide) der Universität Duisburg-Essen (UDE) hat jetzt Farbe ins Spiel gebracht.

Preiswerter und kleiner sollen die Laserdrucker für den Küchentisch werden – und farbig: „Statt den in der Industrie üblichen CO2-Lasern setzen wir auf deutlich günstigere Diodenlaser, wie sie mit niedrigerer Leistung zum Beispiel in CD-Playern vorkommen“, erklärt Dr. Bilal Gökce aus der Technischen Chemie I der UDE. „Da muss man aber zunächst ein bisschen tricksen.“ Denn das übliche Pulverpolymer, der Rohstoff für den Druck, ist weiß. Das bedeutet, dass es alle Wellenlängen des sichtbaren Lichts reflektiert und auch die des Diodenlasers.

Die Wissenschaftler beschichteten nun die Pulverkörnchen mit Nanopartikeln aus Silber. Als Nanopartikel ändern sich die Eigenschaften eines Materials, so erscheint Silber gelb, Nanogold hingegen ist rot bis violett.

Konzept übertragbar auf andere Farben

Das vormals weiße Polymer war nun gelb, und in Kombination mit einem Diodenlaser, dessen Strahlung besonders gut von gelben Objekten absorbiert wird, funktionierte der Ansatz: Es entstand der erste laserbasierte 3-D-Druck in Farbe.

„Da die Nanopartikel fest auf der Oberfläche der Pulverkörnchen sitzen und nicht nur hineingemischt sind, ergibt schon eine Prise von ihnen eine gleichmäßige Farbe“, so Gökce. Und was mit Silber funktioniert, geht auch mit Nanopartikeln aus anderem Elementen für mehr Farbvielfalt. Als Bonus gibt es andere Charakteristika der Partikel wie die antibakterielle Wirkung von Silber oder magnetische Eigenschaften von Eisenoxid noch dazu.

von mg

Originalveröffentlichung:
[T. Hupfeld, A. Wegner, M. Blanke, C. Doñate-Buendía, V. Sharov, S. Nieskens, M. Piechotta, M. Giese, S. Barcikowski, B. Gökce, Plasmonic Seasoning: Giving Color to Desktop Laser 3D Printed Polymers by Highly Dispersed Nanoparticles, Adv. Optical Mater. 2020, 8, 2000473, https://doi.org/10.1002/adom.202000473]

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