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03.05.2017

3D-Druck im Mikrometer-Format

In Glas gedruckte Mikrofluidik-Komponente vom FEMTOprint / Forscher der Uni Stuttgart haben mithilfe eines 3D-Druckers von Nanoscribe diesen CMOS-Mikrochip realisiert

Mikro-3D-Druck ist im Kommen. Die Zahl der Anbieter in dem jungen Technologiefeld wächst. Und mit ihr die Auswahl an additiven Fertigungsverfahren für Bauteile im Mikroformat.

Dieser CMOS-Mikrochip könnte in Zukunft gleich mehrere Kameras und Sensoren ersetzen. Forscher der Uni Stuttgart haben über ein Dutzend winziger Linsen mit unterschiedlichen Brennweiten darauf untergebracht. Sie liefern Bilder, die das miniaturisierte Imaging-System zu hoch aufgelösten Umfelddaten fusioniert. Mögliche Einsatzgebiete: Fahrzeuge, Fabriken oder medizintechnische Anwendungen.

Gefertigt wurden die Mikro-Objektivlinsen in einem 3D-Drucker von Nanoscribe. Das Spin-Off des Karlsruher Instituts für Technologie ist auf additive Fertigung im Mikro- und Nanoformat spezialisiert. Mit Lichtblitzen im Femtosekundenbereich bringen Laser dafür fotosensitive Lacke in Form. Die stark fokussierten Pulse härten den Lack jeweils nur in winzigen Bereichen, wobei er jeweils zwei Photonen absorbiert. Puls für Puls wachsen in der Zwei-Photonen-Polymerisation Präzisionsteile heran. Das Anwendungsspektrum reicht von Mikro-Linsen über winzige Komponenten für Optik, Medizintechnik, Fluidik, Elektronik und Mechanik bis hin zu Zellgerüsten aus biokompatiblem Material oder bionischen Mikrooberflächen nach Vorbild von Haifischhaut oder Lotusblättern.

Junge Unternehmen treiben Technologie voran
Die 2008 gegründete Nanoscribe ist fast ein Urgestein im Mirko-3D-Druckmarkt. Ständig rücken neue Anbieter nach, die das Material- und Anwendungsspektrum erweitern. Darunter die seit 2013 bestehende Chemnitzer 3D MicroPrint GmbH, deren Lasersinteranlagen Mikro-Metallbauteile drucken: winzige Greifer, komplexe Düsen oder miniaturisierter Leichtbau. Gegenüber konventionellen Fertigungsverfahren lassen sich dank variierender Wanddicken, innen liegender Gitterstrukturen und Hohlräume sowie der Verlegung von Kanälen ins Innere der Bauteile bis zu 60 Prozent Gewicht einsparen. Dafür baut der fokussierte Laser die Präzisionsteile mit bis zu 30 µm feinen Wänden schichtweise aus Metallpulver auf. Edelstähle, Molybdän oder Wolfram stehen bereit.

Das ebenfalls 2013 gegründete Fraunhofer Spin-Off Multiphoton Optics arbeitet an gedruckten Lösungen für dreidimensionale photonische Chips, Laserdioden und Glasfaserverbindungen. Gründerin Dr. Ruth Houbertz sieht die Fertigung solcher 3D-Komponenten als „Meilenstein für die optische Datenübertragung“. Um ihn zu erreichen, hat Multiphoton Optics die hochpräzise 3D-Druckplattform LithoProf3D samt Software entwickelt – und jüngst eine Kooperation mit dem Maschinenbaukonzern Heidelberger Druckmaschinen AG geschlossen. Gemeinsam wollen die ungleichen Partner das Verfahren zur industriellen Reife bringen. Im Februar erhielt das Team den begehrten Fraunhofer Gründerpreis. Begründung der Jury: „Multiphoton Optics schließt die Lücke zwischen Elektronik und Photonik und eröffnet neue Möglichkeiten für die Datenübertragung der Zukunft“.

Lab-on-Chip, Mikrolinsen und optische Sensoren aus dem Drucker
Weiterer Vertreter in der Riege junger Mikro-3D-Druck-Unternehmen sind die schweizerische Femtoprint SA und LightFab aus Aachen. Beide sind auf Präzisionsbauteile aus Glas und anderen transparenten Werkstoffen spezialisiert. Labors und Medizintechnikhersteller nutzen die beliebig formbaren, mit Kanälen durchzogenen Komponenten als Lab-on-Chip oder Miniaturreaktoren. Hersteller aus der Photonik fertigen Sensoren, Aktoren sowie Linsen und Polarisationswandler damit. Und auch die Uhrenindustrie setzt auf die gedruckte Präzision der Gründerteams.

Beide Teams arbeiten mit Femtosekundenlasern im Nahinfrarot-Bereich. Mit Auflösungen im Sub-µm-Bereich belichten sie 3D-Strukturen in Quarz- und Borosilikatglas, Saphir oder transparenten Kunststoffen. Im nächsten Schritt des subtraktiven 3D-Verfahrens werden die im Laserfokus modifizierten Strukturen chemisch aufgelöst. LightFab wirbt damit, dass sein 3D Printer obendrein weitere Laserbearbeitungsverfahren beherrscht – präzisen Abtrag von hart-spröden Materialien, Schreiben von 3D-Wellenleitern in Glas oder additivem Mikro-3D-Druck per Zwei-Photonen-Polymerisation. Genaueres werden die Gründerteams vom 26. – 29. Juni 2017 in München berichten – als Aussteller der LASER World of PHOTONICS.

 
 
 
 
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