Miltenyi Biotec patentiert das “Lichtblatt”, um die Grenzen des volumetrischen 3D-Drucks zu überwinden.
Miltenyi Biotec hat ein internationales Patent angemeldet, das einen neuen Ansatz für den volumetrischen 3D-Druck vorschlägt. Das System verwendet ein dünnes, geneigtes “Lichtblatt” in Kombination mit einem zweiten strukturierten Strahl, um die Polymerisation des Harzes zu steuern. Ziel ist es, eines der Hauptprobleme aktueller volumetrischer Technologien zu lösen: gleichzeitig hohe Auflösung und größere Druckvolumina zu erreichen.
Das Patent WO2025088201A1 mit dem Titel “Methods to Improve 3D Printing Using Two-Color Polymerization” beschreibt eine Variante der Zwei-Farben-Photopolymerisation. Ein erster Strahl bereitet den Fotoinitiator vorübergehend vor. Ein zweiter Strahl aktiviert die Reaktion nur dort, wo die beiden Lichtfelder zusammenfallen.
- Miltenyi Biotec schlägt ein bewegliches “Lichtblatt” anstelle des herkömmlichen Fokalpunkts vor
- Die Technologie verwendet zwei Wellenlängen, um die Polymerisation im Volumen zu steuern
- Ziel: den Kompromiss zwischen Auflösung und Bauteilgröße überwinden
- Mögliche Anwendungen in der biomedizinischen Mikrofertigung
Vom Fokalpunkt zum Lichtblatt
Der Hauptunterschied zu bestehenden volumetrischen Technologien betrifft die Geometrie des optischen Feldes, das zur Steuerung der Polymerisation verwendet wird.
Die Technologie gehört zur gleichen konzeptionellen Familie wie die von xolo GmbH entwickelte Xolografie, bei der zwei Wellenlängen die Polymerisation in einem Harzvolumen ohne Schicht-für-Schicht-Verfahren steuern. Der Hauptunterschied, den Miltenyi einführt, betrifft die Form und Bewegung der optischen Felder.
Anstatt nur mit einem durch einen Fokalpunkt beleuchteten Volumen zu arbeiten, schlägt das Patent vor, einen der Strahlen in eine dünne, längliche Fläche umzuwandeln. Diese Art von beweglicher Lichtebene kann durch einen größeren Bereich des Materials bewegt werden.
Vom Schicht-für-Schicht-Druck zum volumetrischen Druck
Kommerzielle Harzdrucker bauen Objekte Schicht für Schicht auf. Der volumetrische Druck versucht, das Konzept der Schicht vollständig zu eliminieren.
Die meisten kommerziellen Harzdrucker, einschließlich SLA, DLP und MSLA, folgen einem sich wiederholenden Zyklus: Belichtung, Aushärtung der Schicht, Trennung, Bewegung der Plattform, neue Schicht. Der volumetrische Druck funktioniert anders.
Das Objekt wird durch die räumliche Verteilung des Lichts im Harz definiert. Es kann sich gleichzeitig an mehreren Stellen des Volumens bilden.
Fehlen von Schichtlinien, potenziell gleichmäßigere Eigenschaften, Geschwindigkeit unabhängig von der Höhe des Werkstücks, Möglichkeit, innere Strukturen ohne herkömmliche Stützen zu erstellen.
Das Problem der Skalierbarkeit
Volumetrische Systeme funktionieren gut bei kleinen Volumina, aber die Vergrößerung der Abmessungen stellt erhebliche technische Herausforderungen dar.
Das historische Problem volumetrischer Technologien ist die Skalierbarkeit. Wenn das Volumen klein ist und das Licht mit großer Präzision gesteuert werden kann, funktioniert alles gut. Wenn man jedoch die Größe des Werkstücks erhöht, werden verschiedene Aspekte schwieriger zu handhaben.
Die optische Steuerung wird komplexer. Die Gleichmäßigkeit der Energie nimmt ab. Die Harzverwaltung erfordert ausgefeiltere Lösungen. Auch die Wärmeableitung und die Präzision der Polymerisation stellen wachsende Herausforderungen dar.
Zwei-Farben-Photopolymerisation
Das chemische Prinzip hinter der Technologie sieht vor, dass zwei verschiedene Wellenlängen zusammenarbeiten, um die Polymerisation nur an der gewünschten Stelle zu aktivieren.
Die Zwei-Farben-Photopolymerisation, auch “two-color polymerization” genannt, ist das grundlegende chemische Prinzip der Technologie. Das System erfordert lichtempfindliche Materialien, die speziell dafür entwickelt wurden, auf zwei verschiedene Wellenlängen koordiniert zu reagieren.
Der erste Strahl bereitet den Fotoinitiator vor, indem er ihn in einen Zwischenzustand versetzt. Der zweite Strahl vervollständigt die Aktivierung nur dort, wo sich die beiden Felder überlappen. Diese selektive räumliche Kontrolle ermöglicht es, präzise zu bestimmen, wo die Verfestigung stattfindet.
Anwendungsperspektiven
Das Patent nennt keine unmittelbaren kommerziellen Anwendungen, aber die biomedizinische Mikrofertigung stellt einen möglichen ersten Markt dar.
Miltenyi Biotec ist hauptsächlich im Bereich Biotechnologie und Technologien für die biomedizinische Forschung tätig. Die biomedizinische Mikrofertigung könnte das erste Anwendungsfeld der Technologie darstellen.
Die Fähigkeit, komplexe dreidimensionale Strukturen ohne Stützen und mit gleichmäßigen Eigenschaften zu erzeugen, könnte besonders für Gewebegerüste und mikrofluidische Geräte nützlich sein. Es bleibt abzuwarten, wann und ob die Technologie von der Patentphase zur Kommerzialisierung übergeht.
Miltenyi patentiert den volumetrischen 3D-Druck mit Lichtblatt zur Vergrößerung der Bauteile – 3D-Druck
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Was ist das Hauptziel des Patents von Miltenyi Biotec?
Das Ziel ist es, den Zielkonflikt zwischen hoher Auflösung und großen Druckvolumina bei aktuellen volumetrischen Technologien zu lösen. Das System strebt an, beide Merkmale gleichzeitig durch einen neuen optischen Ansatz zu erreichen.
Wie funktioniert die im Patent beschriebene Zwei-Farben-Technologie?
Das System nutzt einen ersten Strahl, um den Fotoinitiator vorübergehend vorzubereiten, und einen zweiten Strahl, um die Polymerisationsreaktion auszulösen. Die Verfestigung erfolgt nur an den spezifischen Punkten, an denen sich die beiden Lichtfelder überschneiden.
Wodurch unterscheidet sich das 'Lichtblatt' von bestehenden volumetrischen Methoden?
Im Gegensatz zu Technologien, die einen Brennpunkt verwenden, wandelt dieses Patent einen der Strahlen in eine bewegliche, dünne und längliche Fläche um. Dies ermöglicht die Steuerung der Polymerisation über einen größeren Bereich des Materials als bei herkömmlichen Systemen.
Was ist der grundlegende Unterschied zwischen volumetrischem Druck und schichtweisem Druck?
Während traditionelle Drucker wie SLA Objekte Schicht für Schicht durch wiederholte Belichtungs- und Bewegungsschritte aufbauen, definiert der volumetrische Druck das Objekt durch die räumliche Verteilung des Lichts. Dies ermöglicht die gleichzeitige Bildung des Objekts an mehreren Punkten im Volumen ohne Schichten.
Zu welcher konzeptionellen Familie gehört diese neue Technologie?
Die Technologie gehört zur gleichen Familie wie die Xolographie, bei der zwei Wellenlängen die Polymerisation direkt im Harzvolumen steuern. Die von Miltenyi eingeführte Neuerung betrifft spezifisch die Geometrie und Bewegung der verwendeten optischen Felder.
