Drucken auf der Mikroskala

Bild 1: Ermöglicht High-Speed 3D Printing auf der Mikroskala: Der neue Photonic Professional GT von Nanoscribe

Ermöglicht High-Speed 3D Printing auf der
Mikroskala: Der neue Photonic Professional GT von
Nanoscribe

Eggenstein-Leopoldshafen Mit dem Photonic Professional GT (Bild 1) stellt die Nanoscribe GmbH in diesen Tagen auf der internationalen Leitmesse für Photonik, der Photonics West, in San Francisco (USA), den weltweit schnellsten, kommerziell erhältlichen 3D-Drucker für die Mikro- und Nanostrukturierung vor. Winzige dreidimensionale Objekte, oft nicht größer als ein Haar breit, können nun binnen kürzester Zeit und in höchster Auflösung mit der neuen Generation der 3D Drucker hergestellt werden. Durch ein neuartiges laserlithografisches Verfahren konnte die Druckgeschwindigkeit typischerweise hundertfach erhöht werden und eröffnet Anwendern somit gänzlich neue Möglichkeiten.

Nanoscribe ist im Jahr 2007 als erste Ausgründung aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hervorgegangen und konnte sich seitdem erfolgreich als Markt- und Technologieführer im Bereich der 3D Laserlithografie etablieren.

Die Geschwindigkeit: Aus Minuten werden Sekunden

Realisiert wurde diese Geschwindigkeitssteigerung durch Implementierung eines Galvospiegelsystem, einer Technik, die beispielsweise auch in Lasershow-Geräten oder in den Abtastgruppen von CD- und DVDLaufwerken zum Einsatz kommt. Durch die Drehbewegung von Spiegeln, an denen ein Laserstrahl reflektiert wird, kann eine schnelle und präzise, laterale Positionierung des Laserfokus erreicht werden. Der Geschäftsführer der Nanoscribe GmbH, Martin Hermatschweiler, erläutert: „Es ist uns gelungen, das 3D Drucken auf der Mikrometerskala zu revolutionieren. Präzision und Geschwindigkeit werden mittels der industriell etablierten Galvo-Technologie in Einklang gebracht – ein Quantensprung in der Nanofabrikation. Mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, der Photonik, sind in dieses Produkt geflossen. Bisher waren neben Benutzerfreundlichkeit und Kompaktheit insbesondere die hohe Präzision und Auflösung Alleinstellungsmerkmale unserer 3D Drucker. Nun überzeugen sie auch durch ein enormes Tempo. Zum Vergleich: Die Schreibdauer für das Miniaturraumschiff (Bild 2) reduzierte sich mit dem neuen System von Stunden auf Minuten – bei gleichbleibend höchster Strukturqualität! Für unsere Kunden bedeutet dies einen erheblichen Mehrwert hinsichtlich erweiterter Anwendungsmöglichkeiten.“

Die GT-Variante des Photonic Professional wird zusätzlich mit einem neuen Controller ausgestattet, der sich durch seine Modularität auszeichnet und optionale Hardware-Erweiterungen vereinfacht. Des Weiteren wurden zahlreiche neue Software-Features integriert. Auch das Gerätedesign hat einen sanften Relaunch erfahren, das weiße Elektronikgehäuse mit 19 Zoll Einschüben erscheint nun noch eleganter und moderner.

Der Mechanismus: Zwei-Photonen Polymerisation

Die dem 3D Druckverfahren zugrundeliegende Technik des Direkten Laserschreibens basiert auf der Zwei-Photonen-Polymerisation. Ähnlich der Bündelung von Sonnenlicht mittels einer Lupe zur Entzündung von Papier wird durch Bündelung ultrakurzer Laserimpulse ein lichtempfindlicher Lack im Laserfokus polymerisiert. Dies mündet in einer reduzierten Löslichkeit des belichteten Volumens relativ zu seiner unbelichteten Umgebung. Nach einem Entwicklerbad bleiben diese beschriebenen Bereiche als freitragende Mikro- und Nanostrukturen stehen.

Aufhebung von Grenzen

Die Galvo-Technologie ist ein essentieller Baustein, um dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen sehr schnell und somit prinzipiell großflächig zu drucken. Das Scanfeld ist bei höchster Auflösung jedoch physikalisch durch die optischen Eigenschaften des fokussierenden Objektivs auf wenige 100 μm Ausdehnung beschränkt. Ähnlich wie beim Fliesen legen ist es erforderlich, diese Scanfelder nahtlos und akkurat aneinander zu fügen. Durch das sogenannte Stitching können die Flächen nahezu beliebig erweitert werden – ermöglicht durch eine patentierte Autofokus-Funktion und hochpräzise Positioniertische. So sind beispielsweise Mikrooptik-Arrays mit Flächen im Quadratzentimeterbereich herstellbar.

Die Limitierung der Bauhöhe auf den Arbeitsabstand des Objektivs zur Fokussierung des Laserstrahls wurde durch die patentierte Dip-in Laserlithografie (DiLL) geschickt umgangen. Hierdurch werden jetzt Strukturhöhen größer als 100 μm in höchster Qualität ermöglicht (Bild 3). Der für die Entwicklung fotosensitiver Lacke verantwortliche Chief Science Officer Dr. Michael Thiel erklärt: „Unser speziell für DiLL entwickelter IP-Dip Fotolack garantiert hochqualitative Ergebnisse. DiLL ermöglicht eine einfache und rasche Umsetzung der gewünschten Strukturen, die per CAD Software entworfen und direkt weiter verarbeitet werden können. Dabei sorgt der IP-Dip Lack für höchste Auflösung und Homogenität. Trotz dieser hochtechnologischen Raffinessen, die weit über bisherige 3D Druckerstandards hinausgehen, sind wir in der Lage, unseren Kunden eine geschlossene Prozesskette mit einem einfachen und zuverlässigen  Druckprozess anzubieten, was diese in höchstem Maße schätzen.“

Präzisionswerkzeug für vielfältige Anwendungen

Momentan werden die Laserlithografiesysteme von Nanoscribe bereits erfolgreich von renommierten Wissenschaftlern weltweit eingesetzt, um die gesellschaftlichen Herausforderungen von Morgen zu lösen. Sie sind Innovationstreiber für zahlreiche Schlüsseltechnologien. In der Photonik beispielsweise wird daran gearbeitet, konventionelle Elektronik durch leistungsfähigere optische Schaltungen zu ersetzen. Polymere Lichtwellenleiter, die mittels der Nanoscribe-Drucktechnik realisiert wurden, erlauben bereits heute bahnbrechende Datenübertragungsraten von mehr als 5 Tbit/s. Die Biowissenschaften stellen maßgeschneiderte Gerüste u.a. für Zellwachstumsstudien her. In der Materialforschung werden funktionelle Materialien mit verbesserten Leistungsmerkmalen entwickelt, z.B. Schonung unserer Ressourcen durch Leichtbauweise.

Der Geschäftsführer Martin Hermatschweiler ist fest davon überzeugt, dass die neue GT-Gerätegeneration auf große Resonanz stoßen wird. Weitere Infos und Anwendungsbeispiele finden Sie auch unter www.nanoscribe.de.

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