Fremstilling af polymerstrukturer hurtigere - to processer i en maskine

Enten hurtigt eller præcist - begge dele kan ikke opnås ved fremstilling af de fineste polymerstrukturer med laseren. Eller måske kan de det? Kombination af stereolitografi og multiphotonpolymerisering bør gøre det muligt:​​Forskere ved Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT udvikler en maskine til højpræcision, omkostningseffektive 3D-konstruktionsteknologier ved hjælp af begge metoder. Den 1. november, 2018, Fraunhofer ILT og dets projektpartnere lancerede projektet "Høj produktivitet og detaljer i additiv fremstilling gennem kombinationen af ​​UV-polymerisering og multi-fotonpolymerisering-HoPro-3-D", som er finansieret af EU og staten Nordrhein-Westfalen.

Sammen med LightFab GmbH fra Aachen, Bartels Mikrotechnik GmbH fra Dortmund og Miltenyi Biotec GmbH fra Bergisch Gladbach, eksperter fra Fraunhofer ILT udvikler en ny maskine til fremstilling af makroskopiske polymerstrukturer med en opløsning ned i submikrometerområdet. Indtil nu, forskellige separate processer har været tilgængelige til dette formål:UV -polymerisation baseret på lasere, såsom, for eksempel, stereolitografi (SLA) eller micromirror arrays (DLP), og multiphotonpolymerisation (MPP) i en mikroskopisk skala.

I SLA -processen en UV-laser skriver en todimensionel struktur i et harpiksbad, får det lysfølsomme materiale til at polymerisere. Komponenten sænkes trin for trin, og en 3D-struktur er opbygget i lag. For det meste, opbygningshastigheden er langt over 1 mm³ pr. sekund. Nyere 3D-printer bruger UV LED-lysmotorer og en DLP-chip (Digital Light Processor) i stedet for scanneren. Dette gør, at eksponeringen kan paralleliseres, dermed øge byggehastigheden. Begge metoder opnår en maksimal opløsning over 10 um.

Multiphotonpolymeriseringen er velegnet til konstruktion af endnu finere strukturer. I denne proces, den nødvendige fotonergi genereres af intense laserpulser med bølgelængder i det synlige eller infrarøde område, med flere lavenergifotoner, der næsten tilføjer op til en UV-foton. Fordelen er den ekstremt høje præcision på op til 100 nm i alle tre rumlige retninger; imidlertid, opbygningshastigheden her er kun ca. 10 μm³ pr. sekund.

Sparer tid med to systemer i en maskine

Projektpartnerne kombinerer nu den DLP-baserede proces med MPP-processen og udvikler en maskine med to valgbare eksponeringssystemer til enten høje byggehastigheder eller høj præcision. De bruger højtydende lysdioder, der udsender ved 365 nm bølgelængde og en DLP-chip med HD-opløsning til litografi. MPP -modulet bruger en femtosekundlaser med en hurtig scanner og mikroskopoptik.

"Fordelen ligger i samspillet mellem de to procedurer:Afhængigt af behovet, vi agter at skifte mellem eksponeringssystemerne i processen, "forklarer Dr. Martin Wehner, HoPro-3-D projektleder hos Fraunhofer ILT. "Den udfordring, vi står over for, er i processtyring. Konceptet er udviklet, i øjeblikket er der ved at blive bygget en passende maskine. "

Ud over, styringssoftware er under udvikling, som uafhængigt skal beslutte - på grundlag af CAD -data - når en ændring mellem de to kilder giver mening. Konklusionen er, at denne overgang fungerer problemfrit, og strukturerne kan bygges i en harpiksbeholder uden at skulle ændre fotoharpiksen. Projektteamet undersøger forskellige materialer og optimerer proceskombinationen i detaljer.

Ansøgninger ikke kun inden for biomedicin

Mange komponenter har en krop, der kan samles hurtigt, men også visse strukturer, der kræver høj præcision. Kombinationen af ​​processer tillader, for eksempel, optiske funktionselementer som linser eller prismer, der skal integreres direkte i en større komponent med stor præcision. Takket være denne tilgang, komplet kollimerende optik til læsning af optisk information i analyseteknologi kan tænkes opbygges.

Anvendelsesområderne er mangfoldige, men denne maskine burde vise sig at være mest interessant til fremstilling af komponenter, der bruges i biomedicinsk analyseteknologi. Støtte stilladser til 3D-vævsmodeller, mikromekaniske komponenter eller komplette mikrofluidiske systemer er typiske anvendelseseksempler til dette.