Merken 11.01.2019

Fertigung von 3D-Strukturen mit Mikrometerpräzision

Drucker für die hochaufgelöste 3D-Mikrofabrikation

Die Nanoscribe GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen, präsentiert mit dem Nachfolgemodell Photonic Professional GT2 eine neue Lösung für die additive Fertigung und maskenlose Lithografie. Dank optimierter Hard- und Softwarekomponenten sowie dem speziell für größere Volumina entwickelten Druckmaterial IP-Q können nun erstmals auch hochaufgelöste Mikrostrukturen bis zu einer Bauhöhe von 8mm hergestellt werden. Dadurch lassen sich nun Objekte mit Submikrometerdetails ab typischerweise 160nm bis in den Millimeterbereich auf einer Fläche von bis zu 100x100mm² in kürzester Zeit realisieren.

Verkürzte Entwicklungszyklen und neue Anwendungen

Insbesondere bei großvolumigen Strukturen im Millimeterbereich, wie sie für mikrofluidische Elemente (Filter oder Düsen), Lab-on-a-Chip Anwendungen oder beim Mikro Rapid Prototyping gebraucht werden, sind mit dem neuen 3D-Drucker Photonic Professional GT2 deutliche Verkürzungen der Produktentwicklungszyklen möglich. Dank der Vielfalt bedruckbarer Substrate können im Bereich der Sensorik und Aktorik verschiedene Produktkomponenten schnell und ohne weitere Justage- oder Montagevorgänge zielgenau auf MEMS-Bauteile oder auf Silizium-Chips gedruckt werden. Auch im medizintechnischen Bereich, wie dem direkten Druck von Mikrooptiken auf Glasfasern für minimal invasive Endoskope oder bei der Herstellung von Mikronadeln zur schmerzfreien Medikamentengabe durch die Haut, eröffnen sich mit dem Photonic Professional GT2 völlig neue Möglichkeiten.

Kundenorientierte Weiterentwicklung

„Die Ausweitung der maximalen Druckvolumina in Richtung Makroskala war ein großer Wunsch unserer Kunden und Projektpartner aus der Industrie“, sagt Nanoscribe Geschäftsführer Martin Hermatschweiler. „Mit diesem Relaunch unserer äußerst erfolgreichen Gerätegeneration Photonic Professional ist es nun gelungen, bisherige physikalische Limitierungen zu überwinden und die Leistungsfähigkeit der Geräte hinsichtlich Produktivität und Schnelligkeit um das bis zu 10-fache zu steigern“, ergänzt Hermatschweiler.

Je nach gewünschter Größe und Auflösung stehen den Nutzern auf ihre Anwendungen zugeschnittene Sets mit Objektiven, Substraten, Materialien und automatisierten Prozessen zur Verfügung. Der bedienerfreundliche Workflow des 3D-Drucks ermöglicht die Fabrikation von Einzelelementen mit höchster Formgenauigkeit und Oberflächenglattheit, z.B. für Mikrolinsen in der Smartphone-Industrie oder für filigrane Gitterstrukturen in der Zellbiologie. Ebenso können hochpräzise Master für formgebende Verfahren der Serienfertigung auf einer mit anderen additiven Verfahren unerreichbaren Skala hergestellt werden.

Funktionsprinzip der Zwei-Photonen-Polymerisation im 3D-Druck

Die Zwei-Photonen-Polymerisation stellt die Speerspitze des 3D-Drucks für feinste Strukturen auf der Mikro- und Mesoskala dar. Während andere 3D-Druck-Technologien wie z. B. Polyjet, DLP (Digital Light Processing) oder SLA (Stereolithografie) erst ab dem Zentimeterbereich beginnen, ihre volle Leistung zu entfalten, liegen die Stärken der Photonic Professional GT2 Systeme in der ultra-präzisen 3D-Mikrofabrikation.

Die 3D-Druck-Systeme von Nanoscribe kombinieren die Technologie der Zwei-Photonen Polymerisation mit dem Workflow eines gängigen 3D-Druckprozesses. Dabei härtet ein ultrapräzise geführter Fokus eines Femtosekunden-Lasers ein fotosensitives Material schichtweise aus. Eine speziell für den Druckprozess entwickelte Software unterstützt den Import von CAD-Modellen mit umfangreichen Konfigurationsmöglichkeiten und einer breiten Auswahl voreingestellter Parameter. Eine 3D-Vorschau sowie eine Livecam unterstützen den Anwender in der optimalen Anpassung und Überwachung des Druckvorgangs.

Weiterentwickelte Software senkt die Bauzeit

Die Softwareprogramme DeScribe und NanoWrite wurden von Nanoscribe für die neue Druckergeneration weiterentwickelt. Durch intelligenten Druckstrategien erreichen die Drucker bis zu 10-fach höhere Druckgeschwindigkeiten. Dank der enormen Designfreiheit können sie unterschiedlich komplexe Strukturen herstellen, z.B. photonische Strukturen in 2D, hemisphärische Mikrolinsen mit senkrechten Steigungen in 2.5D und anspruchsvolle 3D-Objekte wie gasdynamische Mikrodüsen.

Mit replizierbaren Topographien gedruckte Teile können auch als Polymermaster für formprägende Fertigungsverfahren dienen. Unter Anwendung galvanotechnischer Verfahren werden hierfür 3D-gedruckte Polymermaster metallisiert, die als Nickel-Shim für die Massenfertigung beispielsweise im Spritzguss genutzt zu werden. (as)

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