Additive Fertigung

3-D-Modelle im Nanomaßstab in Serie fertigen

| Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Mit einem Elektronenmikroskop erstellte Aufnahme eines 3-D-Modells des Matterhorns
Mit einem Elektronenmikroskop erstellte Aufnahme eines 3-D-Modells des Matterhorns (Bild: Paul Scherrer Institut)

Forschende des Paul Scherrer Instituts haben in großer Zahl detaillierte Modelle des Matterhorns erzeugt, die jeweils weniger als ein Zehntel eines Millimeters groß sind. Damit führen sie vor, wie so feine 3-D-Objekte in Serie hergestellt werden könnten.

Die Matterhorn-Modelle sind zudem so detailliert, dass die einzelnen Strukturen des Matterhorns klar dargestellt sind. Wie beispielsweise dessen Spitze, die im Modell einen Durchmesser von 100 nm hat, und damit gerade einmal so groß ist wie ein Virus.

Diese Modelle herzustellen ist nicht nur Spielerei: Oberflächen, die mit tausenden solcher winzigen 3-D-Objekte bedeckt sind, haben oft besondere Eigenschaften, die sich vielfältig nutzen lassen. "Man kann solche Eigenschaften schon in der Natur beobachten", erklärt Helmut Schift, Leiter des Forschungsprojekts am PSI.

"So können manche Schlangenarten über Sand gleiten, ohne dass sich ihre Haut wesentlich abnutzt," so Schift weiter. Die Haut dieser Schlangen hat Schuppen und Dornen, die wenige Tausendstel Millimeter hoch sind. Dadurch wird die Reibung in eine Richtung stark vermindert.

"Man könnte sich vorstellen Maschinenteile, die starker Belastung durch Reibung ausgesetzt sind, mit einer so strukturierten Oberfläche zu versehen. Das würde den Verschleiß der entsprechenden Bauteile deutlich reduzieren," ergänzt der Forscher.

Als Beweis, dass man so kleine Strukturen überhaupt gezielt und reproduzierbar präzise herstellen kann, wurden die Matterhörner angefertigt. Verwendet wurde dabei das Verfahren der Zwei-Photonen-Lithografie verwendet.

Dieses Laserverfahren ist zwar recht aufwendig, muss jedoch nur einmal angewendet werden. Um die Kopien der einzelnen 3-D-Struktur – also beispielsweise des Matterhorns – herzustellen, wird mit Hilfe dieser ersten Urform eine Gussform erzeugt. Damit wiederum lassen sich die Strukturen beispielsweise in großen Zahlen gießen und so in Großserie replizieren.

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