Nanoscribe hat auf der formnext 2018 ein neues Verfahren vorgestellt, das größere Strukturen im Millimeterbereich flink und mit höchster Genauigkeit im Mikrometerbereich druckt. Die Nanoscribe Photonic Professional 3D-Drucker kommen vor allem bei der Herstellung von Strukturen im Nano- und Mikrobereich zum Einsatz. Wir haben uns das Verfahren, das eine Lücke zwischen Mikro- und Makro-3D-Druck schließt, genauer angesehen.

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Auf der formnext 2018 zeigte das Unternehmen Nanoscribe sein weiterentwickeltes Druckverfahren, welches größere Strukturen im Millimeterbereich flink und mit höchster Genauigkeit im Mikrometerbereich ermöglicht. Laut einer Pressemitteilung des Unternehmens werden die Nanoscribe Photonic Professional 3D-Drucker zur Zeit vorwiegend für die Herstellung von Strukturen im Nano- und Mikrobereich eingesetzt.

Schließung der Lücke zwischen Mikro- und Makro-3D-Druck

Nanoscribe Photonic Professional GT
Nanoscribe Photonic Professional GT (Bild © Nanoscribe)

Bei größeren Objekten können durch neue Fortschritte im 3D-Mikrodruck nun kurze Mikrozeiten erzielt werden. Die aktuellen technologischen Erfolge sorgen für eine Verschiebung der Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) mit einer Schließung der Lücke zwischen Mikro- und Makro-3D-Druck. Diese Innovation ermöglicht neue Anwendungsfelder, wie zum Beispiel im Rapid Prototyping funktionaler Teile, der Biomedizin oder in der Mikromechanik.

Mit den Nanoscribe 3D-Druckern lassen sich extrem kleine Objekte und filigrane Strukturen im Mikro- und Makro-Bereich herstellen, die gängige 3D-Drucker mit ihrer Auflösung bei weitem übertreffen. Auf diese Weise sind extrem feine Strukturmerkmale von rund hundert Nanometer möglich und seit neuestem auch Objekte, die ein paar Millimeter in der Größe messen.

Anwendungsbereiche

Das Leistungsmerkmal forciert die Entwicklung neuartiger Funktionsteile, wie etwa 3D-Gerüste für die Zellkultur, passgenaue Mikrolinsen auf bildgebenden CMOS-Chips oder funktionalen Komponenten wie enorm kleine Zahnräder, Federn und Filter. Es lassen sich außerdem durch die Makrofunktion Nadeln, Düsen und stentartige Strukturen mit mehreren Millimetern Länge drucken. Erfolgreich gedruckt wurde ein Düsenprototyp im komplexen Design mit einem inneren Kanal und einer schmalen Öffnung von 130 Mikrometern Durchmesser. Als gasdynamische Düse erzeugt sie einen besonders feinen Strahl zur kontrollierten Probenbearbeitung mit einer Flüssigkeit.

Detailgrößen und Auflösungen im Submikrometerbereich

Die Fertigung dieser Teile im 3D-Druck profitiert von der Designfreiheit einer additiven Herstellung, einer hohen Auflösung, Oberflächengüte und hohen Formpräzision des 2PP-Druckverfahrens. Die Nanoscribe 3D-Drucker fertigen laterale Detailgrößen und Auflösungen im Submikrometerbereich, die mit anderen 3D-Drucktechniken nicht realisiert werden können. Das Fused Deposition Modeling (FDM) und Selektive Lasersintern (SLS) erlaubt nur vertikale und laterale Auflösungen auf Detailgrößen und Schichtabständen im Bereich von ein paar hundert Mikrometern.

Grenzen bestehender 3D-Druckverfahren

Selbst die Stereolithografie (SLA), das Digital Light Processing (DLP) und Polyjet-Modeling arbeiten zwar exakter als FDM und SLS, doch beim 3D-Druck kleiner hochpräziser Teile geraten auch die beschriebenen Technologien aufgrund ihrer eingeschränkten Auflösung an ihre Grenzen. Die Nanoscribe-Technologie arbeitet laserbasiert, bei welcher ein dreidimensional geführter Laserstrahl einen Fotolack Lage für Lage in einem kontrollierten Prozess aushärtet. Das geschwindigkeitsoptimierte Verfahren hat seine Grundlage, die auf der Kombination abgestimmter Komponenten wie Fotolack, Objektiv und Prozesssteuerung basiert.

Grafische Darstellung 3D-Druck von Nano bis Mikro
Mit den Nanoscribe 3D-Druckern lassen sich kleine Objekte und filigrane Strukturen herstellen, die gängige 3D-Drucker mit ihrer Auflösung bei weitem übertreffen (Bild © Nanoscribe).

Intelligente Druckstrategien ermöglichen es, mehr Volumen je Laser-Durchgang zu härten, wodurch sich die Anzahl der Lagen und die gesamte Druckzeit für 3D-Strukturen etwa um den Faktor 10 reduziert. Die Nanoscribe 3D-Drucker sind für eine schnelle 3D-Mikrofabrikation von enorm filigranen Strukturen in der Größe von einigen Dutzend Kubikmillimetern ausgelegt. Von Nanoscribe wurde auch ein Verfahren für den 3D-Druck auf Mikrochips für photonische Systeme und MEMS Aktoren entwickelt. Das Unternehmen expandiert außerdem nach China.

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