Direct Laser Writing of Metals and Composite Materials

Der 3D Druck ist ein vielseitiges Werkzeug um digitale Designs in reale Objekte umzusetzen und gleichzeitig Herstellungskosten und Abfall zu reduzieren. Die größte Herausforderung beim lichtgesteuerten 3D-Druck besteht in der Entwicklung von Fotolacken zur Herstellung einer breiten Auswahl von 3D gedruckten Objekten. Meist werden (Meth)acrylat-basierte Monomere und Oligomere als druckbare Matrix verwendet, die jedoch das Spektrum an zugänglichen Eigenschaften stark limitieren.
Zur Erweiterung des Eigenschaftsvielfalt werden in der vorliegenden Arbeit die Herstellung von funktionellen Komposit- und anorganischen Materialien mithilfe verschiedener Tintenformulierungen und Druckverfahren untersucht. ... mehrDer erste Teil befasst sich mit der Herstellung dynamischer Kompositmaterialien, deren chemische oder physikalische Eigenschaften sich unter dem Einfluss verschiedener externer Reize wie pH-Wert, Licht und kleiner Moleküle verändern. Diese reizinduzierte Veränderung wird durch eine einfache Fotolackformulierung ermöglicht, die aus einem bifunktionellen Oligomer, einem Fotoinitiator und funktionalisierten Nanopartikeln besteht. Darüber hinaus wird der Einfluss verschiedener Parameter wie der Nanopartikelkonzentration und der Materialdicke auf die Sensitivität des Kompositmaterials untersucht. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich dem photothermischen Laserdruck von Metalloxiden und Metallen. Mit diesem Druckverfahren lassen sich einkristalline Zinkoxidstrukturen im Submikrometerbereich mit verschiedenen komplexen Geometrien ohne einen erforderlichen Nachbearbeitungschritt herstellen.

Three-dimensional (3D) printing is a versatile tool to turn digital designs into real-life objects and reduce fabrication costs and waste. The main challenge in light-driven 3D printing is to formulate suitable photoresins – light-sensitive inks – to fabricate a wide variety of 3D printed objects. Mostly, (meth)acrylate-based monomers and oligomers are used for fabrication, thus offering limited property profiles. Approaches to expand the property profile are to fuse organic photoresins with inorganic materials such as nanoparticles (NPs) or the laser-printing of fully inorganic materials. ... mehrHowever, several challenges, such as NP aggregation and photodegradation, need to be overcome to fabricate these composite and inorganic materials.
In the present thesis advances are presented to overcome the challenges of fabricating composite and inorganic materials using different ink formulations and printing approaches. The first part of the current thesis explores the fabrication of dynamic composite materials, which change their chemical or physical properties upon exposure to different external stimuli such as pH, light, and small molecules. The responsiveness is enabled by using a simple photoresin formulation consisting of a bifunctional oligomer, photoinitiator and functional NPs. In addition, the influence of various parameters such as the NP concentration and material thickness on the composite material sensitivity is explored. The second part of the thesis is devoted to photothermal laser printing of metal oxides and metals. This printing approach is used to fabricate single-crystalline sub-micrometer zinc oxide structures with various complex geometries without the need for post processing.