Doorbraak in 3D nanoprinten
Een internationale groep wetenschappers heeft het ontwerpproces voor elektronenstraal 3D printen zodanig gemodificeerd, dat ze erin slagen om reproduceerbaar nanostructuren te 3D printen. Ze denken hiermee het pad te effenen naar een efficiënte productie van allerlei nanoproducten, zoals sensoren. De nanostructuren die ze printen zijn zelfs kleiner dan de dikte van een menselijk haar.
Doorbraak in industrialisering 3D printen van structuren tussen 10 nanometer en 1 micrometer
De doorbraak die de onderzoekers realiseren is het convergeren van experimenten en simulatie. Daarmee maken ze het 3D nanoprinten geschikt voor industriële toepassingen. Men denkt namelijk structuren te kunnen printen op een kleinere schaal dan met de huidige productietechnieken kan. Tot nog toe lukt het met 3D nanoprinten alleen op laboratoriumschaal om in dimensies van enkele honderden nanometers te maken. Met het nieuw design- en buildproces kunnen ze complexe rasterstructuren en meshes reproduceren met afmetingen tussen 10 nanometers en 1 micrometer.
Simulatie en experimenteren
Het team bestaat uit onderzoekers van de Technische Universiteit van Graz (Oostenrijk), het Oak Ridge National Laboratory in de VS en de universiteit van Tennessee. Samen hebben ze een simulatie geleid tekenproces ontwikkeld dat het Focused Electron Beam Induced Deposition (FEBID) printproces verbetert. Ze gebruiken een 3D simulatie om de elektronenstraal te sturen en te zien wat er met het gesmolten materiaal gebeurt. Het model voorspelt hoe het gesmolten materiaal neerslaat en visualiseert de uiteindelijke structuur. Essentieel is dat het model eveneens voorspelt wat secundaire elektronen, die je niet wilt gebruiken, doen. Door het pad daarop aan te passen, verander je de structuur in wat je wilt printen. “Zodra we het emissieprofiel kennen van de elektronen die we niet willen gebruiken, kunnen we het design daarop aanpassen”, aldus Jason Fowlkes van Oak Ridge National Laboratory, projectleider. Hierin zit het verschil met de tot nog toe gebruikte experimentele aanpak: designers kunnen via de simulatie het ontwerp wijzigen en zien het effect daarvan, terwijl tot nog toe settings werden aangepast waarna opnieuw experimenteel geprint moest worden.
Koolstofdelen verwijderen
De onderzoekers willen in een vervolgfase het 3D printproces verder verbeteren. Daartoe willen ze vervuiling door koolstofdeeltjes elimineren door tijdens het opbouwen van de structuur deze koolstofelementen te verwijderen met behulp van water of zuurstof en de laser. In de simulatie wordt al rekening gehouden met de invloed hiervan op de spanningen en de vorm van de microstructuur.
De onderzoekers hebben in ACS Nano een paper gepubliceerd (tegen betaling)
