Ihr kennt das Prinzip klassischer 3D-Drucker: Schicht auf Schicht wächst das Objekt, manchmal über Stunden hinweg. Ein Forschungsteam der Tsinghua University in Peking stellt dieses Prinzip nun auf den Kopf. Mit einem volumetrischen Verfahren namens Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields, kurz DISH, entstehen kleine Bauteile nahezu augenblicklich.

Ein Objekt in 0,6 Sekunden

Laut Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature druckt das Team um Xukang Wang, Yuanzhu Ma und Yihan Niu millimetergroße Objekte in nur 0,6 Sekunden. Die erreichbare Auflösung liegt bei etwa 19 Mikrometern. Das ist präzise genug für filigrane Strukturen und gleichzeitig deutlich schneller als herkömmliche Verfahren.

Statt Material Schicht für Schicht aufzubauen, projiziert ein Laser Licht aus verschiedenen Winkeln in ein Harz. Das Objekt entsteht als Ganzes im Volumen, beinahe so, als würde es aus dem Nichts materialisieren.

So funktioniert das DISH-Verfahren

Herzstück des Systems ist ein kohärenter Laser mit einer Wellenlänge von 405 Nanometern. Ein digitales Mikrospiegelsystem moduliert den Strahl mit einer Frequenz von 17 Kilohertz. Zusätzlich rotiert ein Periskopsystem bis zu zehnmal pro Sekunde um den Harzbehälter und lenkt das Licht gezielt in das Material.

Die Energie trifft exakt in der gewünschten Tiefe auf, härtet das Harz punktgenau aus und formt so das Objekt im Inneren des Behälters. Anders als bei klassischen Verfahren wird also nicht oben begonnen und nach unten gearbeitet, sondern das Bauteil entsteht auf einen Schlag.

Allerdings bringt das Konzept Herausforderungen mit sich. Dreht sich der Behälter zu schnell, entstehen Vibrationen, die die Präzision beeinträchtigen können. Bei langsamer Rotation wiederum braucht es besonders zähflüssige Harze, damit alles stabil bleibt.

Mehr als nur ein Laborexperiment

Das Team testete verschiedene Materialien, darunter Harze unterschiedlicher Viskosität sowie biobasierte Hydrogele wie Gelatinemethacrylat und Seidenfibroinmethacrylat. Damit rückt das Verfahren potenziell in Bereiche wie Medizin oder Softrobotik. Im Vergleich zu früheren volumetrischen Ansätzen, etwa der Computed Axial Lithography, soll DISH sowohl Geschwindigkeit als auch Genauigkeit verbessern. Die Kombination aus beidem war bisher oft ein Kompromiss.

Langfristig sehen die Forschenden Anwendungen in der Industrie. Noch handelt es sich um kleine Strukturen im Millimeterbereich, doch die Geschwindigkeit ist beeindruckend. Wenn sich das Verfahren skalieren lässt, könnte 3D-Druck in Zukunft weniger an geduldiges Schichten erinnern und mehr an einen Moment der plötzlichen Entstehung. Für euch heißt das: Die nächste Generation von Bauteilen könnte nicht mehr wachsen, sondern schlicht erscheinen.