3D-Nanodruck-Technologie

Kleinstes Inkjet-Farbbild der Welt

Forscher der ETH Zürich und des ETH-Spin-offs Scrona können sich bei Guinness World Records Limited eintragen lassen: Sie haben das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt gedruckt.

Das kleinste Inkjet-Farbbild der Welt misst gerade mal so viel wie die Querschnittsfläche eines menschlichen Haars. (Bild: Scrona/ETH Zürich)

Diesen Rekord erzielten sie mit einer neuen 3D-Nanodruck-Technologie, die an der ETH Zürich entwickelt wurde und von Scrona kommerzialisiert wird.

Das ausgedruckte Bild misst gerade mal 0,0092 mm² und hat Seitenlängen von 80 respektive 115 µm. Dies entspricht der Schnittfläche eines menschlichen Haares oder der Größe eines einzelnen Pixels eines Retina-Bildschirms von Apple.

„Dieses Bild ist so winzig, dass es von bloßem Auge nicht mehr sichtbar ist“, sagt der ehemalige ETH-Forscher und Scrona-Mitgründer Patrick Galliker, der bei Prof. Dimos Poulikakos doktorierte und noch immer mit dessen Institut assoziiert ist. Damit unabhängige, von Guinness World Records Limited verifizierte Experten das Mikrobild sehen konnten, mussten sie ein spezielles Mikroskop verwenden.

Bild auf Querschnitt eines Haars
Auf dem Bild zu sehen sind Clownfische – Nemo lässt grüßen –, die sich um eine Seeanemone aufhalten. In natura werden die Fische 10 cm groß. Für das Bild wurden sie um den Faktor 3333 auf eine Größe von 30 µm geschrumpft. Dank der verwendeten 24-bit-Farbtiefe (womit über 16 Mio. Farben dargestellt werden können) des Ausdrucks erscheint die Unterwasserszenerie lebensecht und natürlich.

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Der Grund für die lebhafte Darstellung sind sogenannte Quanten-Punkte (englisch: Quantum Dots, QD). Dabei handelt es sich um Nanopartikel, die in spezifischen Farben leuchten. Indem die Forscher die Größe der QD verändern , können sie die Farbe des abgegebenen Lichts nach Wunsch festlegen. Die Farben von Quanten-Punkten leuchten sehr intensiv, weshalb sie derzeit auch vermehrt für die Herstellung von Flachbildschirmen eingesetzt werden.

16 Mio. Farben in Nano-Präzision
Um die Clownfische und ihre Anemone darzustellen, wurden mehrere Lagen von roten, grünen und blauen QDs übereinander gedruckt. Die Auflösung beträgt 25000 dpi, der Abstand zwischen zwei Pixeln beträgt damit nur 500 nm. Um die Farbtiefe von 24 bit zu erreichen, musste die Dicke der Schichten mit höchster Präzision im atomaren Bereich festgelegt werden - und das bei jedem einzelnen Pixel.

Bis anhin war es nicht einmal mit modernster Halbleiter-Technik möglich, solche Nanostrukturen, wie sie für diesen Weltrekord erzielt wurden, von derart hoher Präzision zu erschaffen. Das Bild von Scrona und den ETH-Forschern ist deshalb nicht einfach nur ein netter Gag, sondern eine vielversprechende Alternative für die Herstellung von Bildschirmen oder optischen Geräten.

Bis es soweit ist, müssen die Forschenden die Geschwindigkeit des Druckvorgangs verbessern. Das Clownfisch-Bild auszudrucken dauerte mehrere Stunden. „Damit sich industriell interessante Mengen produzieren lassen, müssen wir das Tempo stark erhöhen“, sagt Galliker. Scrona hat jedoch in den vergangenen zwei Jahren den Prototyp eines skalierten Druckkopfs entwickelt, auf dem schon jetzt hunderte Düsen funktionstüchtig sind. Außerdem hat sich der ETH Spin-off soeben mit einem großen Industriekonsortium für ein EU-Projekt beworben, mit dem er die Skalierung vorantreiben will.

Zusammenarbeit trägt Früchte
Diese 3D-Print-Technologie beruht auf einer Zusammenarbeit zweier Arbeitsgruppen an der ETH Zürich und Scrona. Das Optical Materials Engineering Laboratory von Prof. David Norris, Träger des Rössler-Preises 2015, stellte die Quanten-Punkte her. In Dimos Poulikakos‘ Arbeitsgruppe wurde die Print-Technik entwickelt.

Scrona sorgt nun für die Skalierung und Kommerzialisierung der Technologie, so dass sie im großen Maßstab eingesetzt werden kann. Wer sich einen Eindruck von der Technologie verschaffen möchte, dem sei die aktuelle Kickstarter-Kampagne des Spin-offs empfohlen. Dabei kann man sich sein persönliches Mikrobild drucken lassen und erhält dazu ein kreditkartengroßes Mikroskop, um das Bild betrachten zu können.

Redaktion ETH Zürich

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