Laseranwendungstechnik Von der Natur inspirierte Oberflächen aus dem 3D-Drucker
Mittels Laserstrahlung können Forschende winzige Strukturen mit höchster Präzision drucken. Eine Methode, um die Superkräfte von Tieren und Pflanzen nachzuahmen und sie für die Technik zugänglich zu machen.
Um auch in extremen Habitaten überleben zu können, haben viele Tiere und Pflanzen im Laufe der Evolution Fähigkeiten entwickelt, die man nur von Superhelden aus Filmen kennt. Meist beruhen sie auf den außergewöhnlichen Eigenschaften ihrer Oberflächen. Das Nachahmen dieser Eigenschaften birgt ein großes Potenzial für die Technik zur Entwicklung neuer Produkte oder zur Lösung technischer Probleme. Einem Forschungsteam aus Bochum und Kiel ist es gelungen, mittels einer hochpräzisen 3D-Drucktechnik die Strukturfarbe der berühmten blauen Morpho Schmetterlinge nachzuahmen. Über ihre Erkenntnisse zur sogenannten Zwei-Photonen-Polymerisation, kurz 2PP, berichten die Forschenden im Journal of Optical Microsystems vom 2. September 2022.
An der Arbeit aus dem Bereich der Biomimetik waren Forschende des Lehrstuhls für Laseranwendungstechnik der RUB um Prof. Dr. Andreas Ostendorf und Prof. Dr. Cemal Esen sowie der Arbeitsgruppe „Funktionelle Morphologie und Biomechanik“ der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) um Prof. Dr. Stanislav Gorb beteiligt.
3D-Druck zur Herstellung biologisch inspirierter Tannenbäume
Die 2PP ist ein laserbasiertes Druckverfahren, welches die dreidimensionale Bearbeitung von lichtempfindlichen Harzen ermöglicht. Anders als bei herkömmlichen Drucktechniken ist es möglich, komplexe 3D-Strukturen mithilfe von virtuellen Computermodellen ohne die Verwendung von Stützstrukturen zu realisieren. Einzelne Strukturmerkmale können in diesem Zusammenhang bis zu unter 100 Nanometer klein sein. Dies entspricht in etwa einem Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haars.
Durch die 2PP-Drucktechnik gelang es den Forschenden, hierarchisch aufgebaute Strukturen auf Mikro- und Nanometerebene herzustellen, um die Strukturfarbe der blauen Morpho-Schmetterlinge mitsamt ihren außergewöhnlichen optischen Eigenschaften zu imitieren.
Biologisch inspirierte Strukturfarben für die Fälschungssicherheit
In der aktuellen Arbeit konnten die Forschenden die von den Schmetterlingen inspirierten Strukturen außerdem so umgestalten, dass die resultierende winkelunempfindliche blaue Farbe gleichmäßig oder nur aus bestimmten Richtungen beobachtet werden kann. Die von den Autoren vorgeschlagenen neuartigen Designs eignen sich zum Beispiel für die Herstellung hochkomplexer Fälschungsschutzmerkmale.
