Multimaterial-2PP-Druck: Das LLNL-Patent eliminiert den Wannenwechsel mit zwei Wellenlängen
Das Lawrence Livermore National Laboratory hat ein Patent für ein Drucksystem für Zwei-Photonen-Polymerisation angemeldet, das es ermöglicht, die Materialeigenschaften zu variieren, ohne den Prozess zu unterbrechen. Die Technologie verwendet zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen, um selektiv verschiedene Chemien im selben Harz zu aktivieren.
- Zwei koaxiale Laser (1045 nm und abstimmbar), fokussiert auf denselben Punkt
- Ein Harz mit zwei chemischen Systemen: Acryl und Epoxid
- Optische, nicht mechanische Materialauswahl
- Variable Eigenschaften: Dichte, Porosität, Elastizitätsmodul, Brechungsindex
Wie das Dual-Wellenlängen-System funktioniert
Das Patent beschreibt einen radikal anderen Ansatz für den Multimaterialdruck: Die Auswahl erfolgt durch Änderung des Lichts, nicht durch Wechsel des Harzes.
Die Patentanmeldung US20260249547A1, veröffentlicht am 27. August 2026, beschreibt ein System, bei dem zwei Laserstrahlen koaxial ausgerichtet und praktisch auf denselben Punkt fokussiert werden. Der erste Strahl arbeitet bei 1045 nm mit fester Wellenlänge. Der zweite ist abstimmbar.
Das Harz enthält gleichzeitig ein Acrylsystem und ein Epoxidsystem. Es handelt sich nicht um zwei getrennte Materialien, sondern um eine einzige Mischung, in der beide Chemien im selben Vat koexistieren.
Die Selektivität ergibt sich aus der unterschiedlichen photochemischen Reaktion. Bei 1045 nm wird im Wesentlichen nur die Acrylchemie aktiviert. Bei etwa 700 nm werden sowohl das Acrylsystem als auch das Epoxidsystem aktiviert.
Multimaterialität durch Photochemie, nicht durch Substitution
Dies ist kein Multimaterialdruck im traditionellen Sinne: Es ist lokale Kontrolle der Eigenschaften durch selektive Photochemie.
Nach dem Druck kann das nicht umgesetzte Epoxid während der Nachbearbeitung entfernt werden. Der bei 700 nm belichtete Bereich bleibt voller und dichter. Der nur bei 1045 nm erzeugte Bereich behält eine höhere Porosität.
Das Ergebnis ist eine mikroskopische Struktur mit lokal variablen Eigenschaften: Dichte, Porosität, Elastizitätsmodul, Brechungsindex oder Benetzbarkeit können geändert werden, ohne den Druck zu unterbrechen.
Die “Multimaterialität” bedeutet hier nicht, zwei getrennte Harze wie bei FFF mit Doppelextruder abzuwechseln. Sie ist eine Form der Eigenschaftskontrolle durch Photochemie-Selektivität, nicht durch den physischen Materialwechsel.
Die Erfinder und der Kontext des Patents
Die Anmeldung wurde von Lawrence Livermore National Security LLC eingereicht, einem Unternehmen, das LLNL für das Department of Energy betreibt.
Die genannten Erfinder sind Magi Mettry Yassa, James Spencer Oakdale, Yoonsoo Rho und Xiaoxing Xia. Die Anmeldung wurde am 27. Februar 2025 mit der Nummer US19/065702 eingereicht.
Das Lawrence Livermore National Laboratory arbeitet seit Jahren am 2PP-Druck und an Technologien der additiven Fertigung mit hoher Auflösung. Dieses Patent stellt eine bedeutende Weiterentwicklung hin zum Druck komplexer Mikrostrukturen ohne Prozessunterbrechungen dar.
Implikationen für die additive Fertigung
Die Eliminierung des Badwechsels könnte die Produktion mikrometrischer Bauteile mit gradierten Eigenschaften beschleunigen.
Die Zwei-Photonen-Polymerisation ist eine 3D-Drucktechnologie mit submikrometrischer Auflösung. Bis heute erforderte die Herstellung von Strukturen mit variablen Eigenschaften, das Harz zu wechseln, das Bauteil zu waschen oder es zwischen verschiedenen Wannen zu bewegen.
Der LLNL-Ansatz verwandelt diese mechanische Einschränkung in eine optische Wahl. Durch Änderung der Wellenlänge wird entschieden, welche Reaktionen im selben Harzvolumen aktiviert werden.
Dies könnte Anwendungen in der Mikrofluidik, integrierten Optik, biomedizinischen Gerüsten und Komponenten mit kontrollierten funktionellen Gradienten im mikrometrischen Maßstab eröffnen.
| Wellenlänge | Aktiviertes System | Ergebnis |
|---|---|---|
| 1045 nm | Nur Acryl | Poröse Struktur |
| ~700 nm | Acryl + Epoxid | Dichte Struktur |
Das Patent befindet sich noch im Prüfungsverfahren. Wenn es erteilt wird, könnte es einen Referenzpunkt für die Entwicklung von Multimaterial-2PP-Systemen der nächsten Generation darstellen.
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Fragen & Antworten
Wie funktioniert das multimaterielle 2PP-Drucksystem des LLNL-Patents?
Das System verwendet zwei koaxiale Laser, die auf denselben Punkt fokussiert sind, um selektiv verschiedene Chemien im selben Harz zu aktivieren. Ein Laser bei 1045 nm aktiviert nur die acrylische Komponente, während ein durchstimmbarer Laser bei etwa 700 nm sowohl Acryl als auch Epoxid aktiviert.
Welche Materialien enthält das im LLNL-Verfahren verwendete Harz?
Das Harz ist eine einzigartige Mischung, die gleichzeitig ein acrylisches und ein epoxidisches chemisches System enthält. Es handelt sich nicht um zwei separate Materialien, sondern um eine einzige Lösung, in der beide Chemien im selben Bad koexistieren.
Welche Materialeigenschaften können mit dieser Technologie verändert werden?
Es ist möglich, lokal Dichte, Porosität, Elastizitätsmodul, Brechungsindex und Benetzbarkeit zu variieren, ohne den Druckprozess zu unterbrechen. Die optische Auswahl ermöglicht es, dichtere oder porösere Bereiche durch Steuerung der Wellenlänge zu erzeugen.
Worin unterscheidet sich dieser multimaterielle Druck von traditionellen Methoden?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die das Harz physisch wechseln oder einen Doppel-Extruder verwenden, erfolgt hier die Auswahl durch Modifikation des Lichts und nicht des Materials. Dies eliminiert die Notwendigkeit, den Druck zum Wechseln des Bads oder der Düse zu unterbrechen.
Wer sind die Erfinder des von LLNL eingereichten Patents US20260249547A1?
Die im Patent genannten Erfinder sind Magi Mettry Yassa, James Spencer Oakdale, Yoonsoo Rho und Xiaoxing Xia. Die Anmeldung wurde von Lawrence Livermore National Security LLC im Auftrag des Department of Energy eingereicht.
