Fertigung

Einsatz von 3D-Druckern in der Mikrointegration

| Autor / Redakteur: Dr. Fabian Niesler *, Martin Hermatschweiler *, Anke Werner * / Sebastian Gerstl

Beispiel für die hochauflösende Strukturierung mit Hilfe der 3D Laserlithografie: Optisches Sicherheitsmerkmal im Vergleich zu einer 1 Cent Münze.
Beispiel für die hochauflösende Strukturierung mit Hilfe der 3D Laserlithografie: Optisches Sicherheitsmerkmal im Vergleich zu einer 1 Cent Münze. (Bild: Nanoscribe GmbH)

Die Zwei-Photonen-Polymerisation ist heute ein wichtiger Innovationstreiber. Auch im Bereich optischer Schaltungen eröffnet sie viele Perspektiven für neue leistungsstarke Systeme

Eine Grundvoraussetzung für die internationale Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes Deutschland ist die Erforschung und Entwicklung innovativer Produkte und Produktionsverfahren. Ist die additive Fertigung, die häufig auch einfach als 3D-Druck bezeichnet wird, in der Welt großer Bauteile bereits Standard, steckt sie im Bereich der Nano- und Mikrotechnologie noch in den Kinderschuhen.

Obwohl auch hier die Bandbreite der Anwendungsmöglichkeiten nahezu unbegrenzt ist, ist allerdings die Auswahl der für diesen Bereich verfügbaren 3D Drucktechnologien derzeit noch stark eingeschränkt. Übliche Verfahren bieten auf einer Größenskala von mehreren hundert Nanometern bis in den Millimeterbereich meist nicht die nötige Auflösung, um Kleinstteile wie sie etwa in der Elektronik benötigt werden, formtreu wiederzugeben.

Die Miniaturisierung ist und bleibt jedoch ein Dauerbrenner vieler Entwicklungs- und Forschungsabteilungen. Berichte über Erfolge in der Medizintechnik gehen häufig mit der starken Leistungsfähigkeit des 3D-Drucks einher. So findet man täglich neue Meldungen z.B. zu gedruckten Prothesen, Zahnersatz, Cochlea Implantaten und anderen biomedizinischen Anwendungen. Doch auch in weiteren Bereichen wie der Elektronik oder Mikrosystemtechnik (MEMS) sind Komponenten wie kleinste Stecker (Konnektoren) und Multichip-Verbindungen aus dem 3D-Drucker keine Zukunftsmusik mehr.

Verschiedene laserbasierte Verfahren wie etwa das Lasersintering, das selektive Laserschmelzen oder die Stereolithografie kommen als 3D-Druck-Verfahren zum Einsatz. Wenn jedoch herkömmliche Verfahren wie beispielsweise die Stereolithografie bei einer Schichtdicke von ca. 50-150 µm an ihre Grenzen stoßen, kommt die noch relativ junge Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) als Technologie zum Zuge und entfaltet ihre vielfältigen Stärken auf der Mikro- bis Mesoskala. Die Auflösung ist im Vergleich zur Stereolithografie etwa fünfzig- bis hundertmal so hoch, Strukturdetails von einem Mikrometer und weniger sind hier Standard bei Oberflächenrauigkeit in optischer Qualität. Diese hohe Auflösung wird bei Strukturen mit Bauhöhen von wenigen Mikrometern bis in den Millimeterbereich gefordert und eingesetzt.

Für diese Einsatzbereiche hat die Nanoscribe GmbH mit dem Photonic Professional GT den weltweit höchstauflösenden 3D Drucker entwickelt, der auf Basis von 2PP (auch 3D Laserlithografie genannt) mit polymeren Fotolacken als Werkstoffen arbeitet. Mehr als ein Jahrzehnt intensiver Forschungs- und Entwicklungsarbeit stecken in dem Hightech-System des Spin-Off des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), das sich in den letzten Jahren als Weltmarkt- und Technologieführer auf dieser Größenskala des 3D Drucks etabliert hat.

Dank der bedienerfreundlichen Hard- und Software sowie maßgeschneiderter Fotolacke bietet das Gerät ausgereifte Prozesslösungen sowohl für industrielle als auch wissenschaftliche Problemstellungen, z.B. in der Photonik, Mikrooptik, Mikrofluidik, bei optischen Verbindungen oder in den Material- und Biowissenschaften.

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