Hochauflösende 3D-Drucker schließen die Lücke zwischen der Mikro- und Makro-Skala
Nanoscribe zeigt auf der formnext 2018 neue Lösungen für die additive Fertigung in höchster Präzision
Der Markt- und Technologieführer im 3D-Mikrodruck präsentiert in Frankfurt sein weiterentwickeltes Druckverfahren, mit dem größere Strukturen im Millimeterbereich schnell und mit höchster Präzision in Mikrometergenauigkeit hergestellt werden.
Die Photonic Professional 3D-Drucker von Nanoscribe werden bislang hauptsächlich für die Fertigung von Strukturen auf der Nano- und Mikro-Skala eingesetzt. Neue Fortschritte im 3D-Mikrodruck ermöglichen jetzt kurze Druckzeiten auch bei größeren Objekten. Die jüngsten technologischen Erfolge verschieben die Grenzen der Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) und schließen die Lücke zwischen Mikro- und Makro-3D-Druck. Jetzt sind deutlich größere Objekte herstellbar, bei hoher Präzision der Strukturen, wie Abbildung 1 zeigt. Diese Innovation öffnet neue Anwendungsfelder, beispielsweise im Rapid Prototyping funktionaler Teile, in der Biomedizintechnik oder in der Mikromechanik.
2PP im Vergleich zu anderen 3D-Drucktechnologien
Die 3D-Drucker von Nanoscribe eignen sich zur Fertigung kleiner Objekte und filigraner Strukturen. Mit ihrer Auflösung übertreffen sie gängige 3D-Drucker bei weitem. Dadurch können extrem feine Strukturmerkmale von etwa hundert Nanometern gedruckt werden und neuerdings Objekte, die mehrere Millimeter groß sind. Dieses Leistungsmerkmal treibt die Entwicklung neuartiger Funktionsteile an, wie z.B. 3D-Gerüste für die Zellkultur, passgenaue Mikrolinsen auf bildgebenden CMOS-Chips oder funktionale Komponenten wie extrem kleine Zahnräder, Federn und Filter. Darüber hinaus können mit den neuen Makrodruckfähigkeiten Nadeln, Düsen und stentartige Strukturen mit einer Länge von mehreren Millimetern hergestellt werden. Die 3D-gedruckte Düse in Abbildung 2 zeichnet sich durch ihr komplexes Design mit einem inneren Kanal und einer schmalen Öffnung von gerade einmal 130 Mikrometern Durchmesser aus. Der Düsenprototyp sorgt als gasdynamische Düse für einen besonders feinen Strahl zur kontrollierten Probenbearbeitung mit einer Flüssigkeit. Die Herstellung dieser Teile im 3D-Druck profitiert von der Designfreiheit einer additiven Fertigung sowie von der hohen Auflösung, der Oberflächengüte und der hohen Formpräzision des 2PP-Druckverfahrens von Nanoscribe.
Die 3D-Drucker von Nanoscribe können laterale Detailgrößen und Auflösungen im Submikrometerbereich fertigen, die mit anderen 3D-Drucktechniken nicht möglich sind. Sowohl Fused Deposition Modeling (FDM; deutsch: Schmelzschichtung) als auch das Selektive Lasersintern (SLS) sind in ihrer vertikalen und lateralen Auflösung auf Detailgrößen und Schichtabstände im Bereich von mehreren hundert Mikrometern begrenzt. Die Stereolithographie (SLA), das Digital Light Processing (DLP) und das Polyjet-Modeling erreichen als 3D-Technologien zwar eine höhere Präzision als FDM und SLS, bei der Herstellung von kleinen, hochpräzisen Teilen kommen auch diese Technologien wegen ihrer eingeschränkten Auflösung an ihre Grenzen.
Erweiterte Druckleistung
Die Technologie von Nanoscribe ist eine laserbasierte 3D-Drucktechnologie, bei der ein dreidimensional geführter Laserstrahl einen Fotolack Lage für Lage in einem kontrollierten Prozess aushärtet. Das geschwindigkeitsoptimierte Verfahren basiert auf dem Zusammenspiel abgestimmter Komponenten wie Fotolack, Objektiv und Prozesssteuerung. Die Anwendung intelligenter Druckstrategien ermöglicht es, mehr Volumen pro Laser-Durchgang zu härten. Dadurch verringert sich die Anzahl der Lagen und die Gesamtdruckzeit für 3D-Strukturen etwa um den Faktor 10. Nanoscribes 3D-Drucker ermöglichen also eine schnelle 3D-Mikrofabrikation von äußerst filigranen Strukturen in der Größe von einigen Dutzend Kubikmillimetern. Abbildung 3 zeigt eine solche Struktur mit feinen Elementen, die dünner als ein menschliches Haar sind.
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