Die digitale Lichtverarbeitung (Digital Light Processing, DLP) hat sich im Bereich des 3D-Drucks als bahnbrechende Technologie etabliert, insbesondere bei der Herstellung flexibler Geräte. Diese Geräte gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie in zahlreichen Anwendungen wie der Medizintechnik, Human-Maschine-Schnittstellen, Robotik und tragbarer Elektronik eingesetzt werden. Die Fähigkeit, hochauflösende und komplexe Strukturen schnell zu fertigen, macht DLP zu einer attraktiven Wahl gegenüber traditionellen Fertigungsverfahren und anderen 3D-Drucktechniken. Durch den präzisen Umgang mit Lichtprojektionen auf lichtempfindliche Harze ermöglicht DLP den Aufbau von maßgeschneiderten, funktionalen Geräten, die flexibel, belastbar und multifunktional sind. Flexibilität ist in modernen Geräten nicht nur ein Komfortmerkmal, sondern eine Voraussetzung für Leistungsfähigkeit und Benutzerfreundlichkeit.
Flexible Sensoren, Aktuatoren und Energiespeicher können sich an unterschiedliche Formen, Bewegungen und Umgebungen anpassen, ohne an Funktionalität einzubüßen. Dabei sind herkömmliche Produktionsmethoden oftmals zu aufwendig, kostenintensiv oder stoßen an Grenzen was Detailgenauigkeit und Designvielfalt betrifft. Mit DLP werden diese Hürden systematisch überwunden. Das Prinzip der digitalen Lichtverarbeitung beruht auf der Schichtung von lichtempfindlichem Harz, das durch projizierte zweidimensionale Lichtmuster schichtweise ausgehärtet wird. Die Auflösung definiert sich durch die Pixelgröße des Beamers, sodass Mikromerkmale abgebildet werden können, die andere Verfahren wie Fused Deposition Modeling (FDM) oder Direct Ink Writing (DIW) nicht erreichen.
Die Möglichkeit, die Druckgeschwindigkeit gegenüber Punkt-zu-Punkt Verfahren wie SLA (Stereolithographie) zu erhöhen, trägt zur Effizienzsteigerung bei. Zudem zeigt die breite Materialkompatibilität von DLP-Technologien im Harzbereich einen entscheidenden Vorteil: Von Hydrogelen über Elastomere bis zu ionischen Gelen lassen sich vielfältige Materialien mit spezifischen Eigenschaften verarbeiten. Eine bedeutsame Innovation ist die Entwicklung von grayscalespezifischem DLP (g-DLP). Dabei können die Lichtintensität und somit die Aushärtung lokal moduliert werden, sodass innerhalb eines Drucks variable Materialstärken, Elastizitäten oder Farbnuancen realisierbar sind. Dies eröffnet eine bislang unvergleichliche Vielfalt bei der Gestaltung passgenauer Eigenschaften innerhalb eines Bauteils.
In Kombination mit Mehrmaterialdruck-Verfahren gelingt es sogar, heterogene Strukturen mit unterschiedlichen Funktionen und mechanischen Eigenschaften nahtlos zu produzieren. Im Bereich der flexiblen Aktuatoren hat die DLP-Technologie die Produktion weicher, pneumatisch betriebener Systeme stark vorangebracht. Solche Soft Actuators zeichnen sich durch Gewichtseinsparung, hohe Belastbarkeit und Anpassungsfähigkeit aus. Mit der Fähigkeit, Mikrometerstrukturen präzise zu erzeugen, lassen sich Aktuatoren gestalten, die Bewegungen wie Strecken, Beugen, Verdrehen oder Komprimieren gezielt ausführen. Die Kombination aus steifen und dehnbaren Materialien in einem Bauteil erlaubt darüber hinaus die Integration multifunktionaler Sensorik, wodurch ein umfassendes Feedback möglich wird.
Liquid Crystal Elastomers (LCEs) sind Beispiel für intelligente Werkstoffe, deren molekulare Ausrichtung mittels externer Reize steuerbare Verformungen bewirkt – ähnlich wie Muskelbewegungen. Hier kann DLP durch gezielte Ausrichtung während des Belichtungsprozesses oder in Kombination mit Direktdruckverfahren beeindruckende Aktuatoren mit komplexen Bewegungsmustern schaffen. Die schnelle Aushärtung ermöglicht die kostengünstige Herstellung solcher Hightech-Materialien in hoher Auflösung. Auch andere smarte Materialien wie Formgedächtnispolymere (SMPs), elektroaktive Polymere (EAPs) und magnetoresponsive Stoffe profitieren von der DLP-Technologie. Sie bieten je nach Auslöser elektrische, thermische oder magnetische Steuersignale, um Bewegung oder Funktionsänderungen herbeizuführen.
Fortschritte bei Mehrmaterialdruck und postprozessualer mechanischer Programmierung erhöhen die Bandbreite der Anwendungen erheblich. Neben Aktuatoren sind flexible Sensoren ein zentrales Feld für DLP-Anwendungen. Dehnbare Druck- und Dehnungssensoren erfassen mechanische Reize mit hoher Präzision. Durch die Fertigung komplex strukturierter Oberflächen und Mikroarchitekturen mittels DLP kann die Empfindlichkeit drastisch verbessert werden. Insbesondere leitfähige Hydrogele, ionoelastomere und flüssigmetallhaltige Tinten werden gezielt eingesetzt, um langlebige, selbstheilende und sehr empfindliche Sensoren zu realisieren.
Dadurch ist eine verbesserte Anpassung an die Körperkontur und langzeitstabile Signalaufnahme gewährleistet, was im Bereich Wearables neue Maßstäbe setzt. Darüber hinaus ermöglichen DLP-gedruckte flexible Elektroden eine optimierte Übertragung physiologischer Signale wie Elektromyogramm (EMG) oder Elektroenzephalogramm (EEG). Durch innovative Oberflächenmuster, inspiriert von biologischen Haftmechanismen, wird der Hautkontakt deutlich verbessert und Artefakte bei Messungen reduziert. Sogar edle Metalle wie Gold können mittels speziell entwickelter photochemischer Prozesse direkt gedruckt werden, was mikroelektronische Implantate oder diagnostische Geräte zukünftiger Generationen befeuern wird. Energietechnisch eröffnen nanogeneratorische Anwendungen mittels DLP neue Dimensionen im Bereich nachhaltiger, integrierter Energiegewinnung.
Triboelektrische und piezoelektrische Nanogeneratoren profitieren von der fein kontrollierten Oberflächentopographie und inneren Strukturierung aus dem Druckverfahren. Beispielsweise verbessern biomimetische Strukturen die Kontaktflächen und steigern so die am Körper oder in der Umwelt geerntete elektrische Leistung enorm. Die Möglichkeit, strukturierte Polymere mit mechanoder Aktivität herzustellen, erlaubt flexible und miniaturisierte Energiequellen für autonome Systeme. Superkondensatoren als Energiespeicher können durch hochpräzisen DLP-Druck von mikroporösen, maßgeschneiderten Elektroden enorme Leistungssteigerungen erzielen. Die Schaffung von Gitterstrukturen mit hoher Oberfläche optimiert den Ionentransport und erhöht die Kapazität bei gleichzeitiger mechanischer Stabilität.
Durch innovative Materialkombinationen und Beschichtungstechniken entstehen langlebige, belastbare und flexibel integrierbare Energiespeicher, die speziell für die Anforderungen tragbarer Elektronik geeignet sind. Trotz aller bisherigen Fortschritte gilt es, noch bedeutende Herausforderungen zu meistern. Die Auswahl an fotopolymerisierbaren Materialien ist immer noch begrenzt, vor allem wenn Biokompatibilität, Umweltverträglichkeit und Multifunktionalität gleichzeitig zu erfüllen sind. Die Standardisierung von Herstellungsprozessen stellt sicher, dass Geräte reproduzierbar und qualitativ hochwertig produziert werden können. Die Integration von DLP mit anderen Fertigungstechniken kann zudem die Gestaltungsmöglichkeiten erweitern und Effizienzsteigerungen bringen.
