TU Wien sta conducendo ricerche sulla tecnologia di stampa 3D ad alta precisione. Ora, un nuovo metodo consente ai ricercatori di cercare materiali adatti con una precisione mai vista prima.

Come è possibile costruire un modello della Cattedrale di Santo Stefano delle dimensioni di una particella di polvere? Bene, utilizzando la moderna tecnologia di stampa 3D di TU Wien, questo non è più un problema. Strutture inimmaginabilmente fini in ordini di grandezza ben al di sotto di un micrometro possono ora essere create utilizzando la loro stampante 3D.

Però, questo processo richiede le cosiddette "molecole iniziatore, " che hanno proprietà fisiche molto specifiche. Utilizzando un nuovo metodo di analisi, sviluppato presso l'Istituto di Fisica Applicata della TU Wien, è ora possibile esaminare queste molecole più da vicino e più rapidamente di quanto fosse possibile in precedenza e quindi identificare quali materiali consentono alla tecnologia di funzionare al meglio. I dettagli di questa tecnologia sono stati recentemente pubblicati sulla rivista di fisica Lettere di fisica applicata .

Resina polimerizzata con raggio laser

Tutto inizia con un liquido:il materiale di partenza per la stampa 3D è una resina, che viene polimerizzato in determinati punti molto specifici utilizzando un raggio laser. Affinché ciò avvenga, una reazione chimica a catena deve essere messa in moto. Speciali molecole iniziatore si attivano quando assorbono fotoni dal raggio laser, causando infine la polimerizzazione della resina.

"Per ottenere la massima risoluzione possibile, è importante che le molecole iniziatore non siano attivate da un singolo fotone ma si attivano solo quando assorbono due fotoni contemporaneamente, " spiega il prof. Wolfgang Husinsky dell'Istituto di fisica applicata alla TU Wien. "Questo processo a due fotoni può avvenire solo con la probabilità richiesta dove la luce laser è più forte, cioè esattamente al centro del raggio laser."

Come tale, le molecole iniziatrici ideali sono quelle che sono influenzate il meno possibile da un singolo fotone, ma hanno un'alta probabilità di poter assorbire due fotoni contemporaneamente. Poiché queste molecole vengono attivate solo al centro del raggio laser, questo dà un alto grado di controllo sui punti in cui la resina deve essere polimerizzata, consentendo la produzione di oggetti 3D con dettagli incredibilmente fini.

Tutto dipende dalla lunghezza d'onda

Una cosa che è stata spesso trascurata fino ad ora, è che molti materiali potrebbero formare molecole iniziatore adatte, anche se solo quando si utilizza un raggio laser con una lunghezza d'onda che corrisponde esattamente al materiale. Fino ad ora, questo era incredibilmente difficile da indagare. "Dovevi eseguire lo stesso esperimento più e più volte con diverse lunghezze d'onda del laser, e dovresti ricalibrare l'esperimento impostato da zero ogni volta; in pratica, questo è quasi impossibile, "dice Aliasghar Ajami, l'autore principale della pubblicazione.

Così, Aliasghar Ajami ha ideato un metodo completamente nuovo, che utilizzava impulsi laser ultracorti con una durata di pochi femtosecondi. "Con questi impulsi brevi come questi, la lunghezza d'onda non è più strettamente definita, quindi il raggio laser non ha più un colore unico, piuttosto è composto da molte lunghezze d'onda diverse, " spiega Ajami. I prismi vengono quindi utilizzati per disperdere la luce da questi impulsi laser. Il raggio viene diviso in un 'foglio' bidimensionale di luce che ha lunghezze d'onda diverse in alto a quelle sotto. "Se si sposta il campione attraverso questo laser illuminare in modo appropriato, puoi analizzare come le molecole reagiscono a diverse lunghezze d'onda in un'unica misurazione, " spiega Wolfgang Husinsky. "Siamo così in grado di creare uno spettro di assorbimento completo di due fotoni in un'unica fase di lavoro".