Ofwel snel ofwel nauwkeurig – beide kunnen niet worden bereikt bij de productie van de fijnste polymeerstructuren met de laser. Of misschien kunnen ze dat? De combinatie van stereolithografie en multifotonpolymerisatie zou het mogelijk moeten maken:wetenschappers van het Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT ontwikkelen een machine voor zeer nauwkeurige, kosteneffectieve 3D-constructietechnologieën die beide methoden gebruiken. Op 1 november 2018, Fraunhofer ILT en haar projectpartners lanceerden het project "Hoge productiviteit en detail in additieve productie door de combinatie van UV-polymerisatie en multi-fotonpolymerisatie - HoPro-3-D", die wordt gefinancierd door de Europese Unie en de deelstaat Noordrijn-Westfalen.

Samen met LightFab GmbH uit Aken, Bartels Mikrotechnik GmbH uit Dortmund en Miltenyi Biotec GmbH uit Bergisch Gladbach, experts van de Fraunhofer ILT ontwikkelen een nieuwe machine voor het produceren van macroscopische polymeerstructuren met een resolutie tot in het submicrometerbereik. Tot dusver, hiervoor zijn verschillende aparte processen beschikbaar:UV-polymerisatie op basis van lasers, zoals, bijvoorbeeld, stereolithografie (SLA) of microspiegelarrays (DLP), en multifotonpolymerisatie (MPP) op microscopische schaal.

In het SLA-proces, een UV-laser schrijft een tweedimensionale structuur in een harsbad, waardoor het lichtgevoelige materiaal polymeriseert. Stap voor stap wordt het onderdeel neergelaten en wordt in lagen een 3D-structuur opgebouwd. Voor het grootste gedeelte, de opbouwsnelheid ligt ruim boven 1 mm³ per seconde. Nieuwere 3D-printers gebruiken UV-LED-lichtmotoren en een DLP-chip (Digital Light Processor) in plaats van de scanner. Hierdoor kan de belichting worden geparallelliseerd, waardoor de bouwsnelheid wordt verhoogd. Beide methoden bereiken een maximale resolutie van meer dan 10 m.

De multifoton-polymerisatie is geschikt voor het construeren van nog fijnere structuren. In dit proces, de benodigde fotonenenergie wordt opgewekt door intense laserpulsen met golflengten in het zichtbare of infrarode bereik, met verschillende fotonen met lage energie die vrijwel samen een UV-foton vormen. Het voordeel is de extreem hoge precisie tot 100 nm in alle drie de ruimtelijke richtingen; echter, de bouwsnelheid is hier slechts ongeveer 10 μm³ per seconde.

Tijd besparen met twee systemen in één machine

De projectpartners combineren nu het op DLP gebaseerde proces met het MPP-proces en ontwikkelen een machine met twee selecteerbare belichtingssystemen voor hoge bouwsnelheden of hoge precisie. Ze gebruiken hoogwaardige LED's die een golflengte van 365 nm uitstralen en een DLP-chip met HD-resolutie voor lithografie. De MPP-module maakt gebruik van een femtoseconde laser met een snelle scanner en microscoopoptiek.

"Het voordeel zit in het samenspel tussen de twee procedures:afhankelijk van de behoefte, we van plan zijn om te schakelen tussen de belichtingssystemen in het proces, " legt Dr. Martin Wehner uit, HoPro-3-D projectmanager bij Fraunhofer ILT. "De uitdaging waar we voor staan ​​is procesbeheersing. Het concept is ontwikkeld, momenteel wordt een geschikte machine gebouwd."

In aanvulling, besturingssoftware wordt ontwikkeld, die onafhankelijk zal beslissen – op basis van CAD-gegevens – wanneer een verandering tussen de twee bronnen zinvol is. Het komt erop neer dat deze overgang soepel verloopt en dat de structuren in een harsvat kunnen worden gebouwd zonder de fotohars te hoeven veranderen. Het projectteam onderzoekt verschillende materialen en optimaliseert de procescombinatie tot in detail.

Toepassingen niet alleen in de biogeneeskunde

Veel componenten hebben een snel te monteren body, maar ook bepaalde constructies die een hoge precisie vereisen. De combinatie van processen maakt het mogelijk bijvoorbeeld, optische functie-elementen zoals lenzen of prisma's die met grote precisie direct in een groter onderdeel kunnen worden geïntegreerd. Dankzij deze aanpak complete collimerende optica voor het lezen van optische informatie in analysetechnologie is denkbaar.

De toepassingsgebieden zijn talrijk, maar deze machine zou het meest interessant moeten blijken voor de productie van componenten die worden gebruikt in de biomedische analysetechnologie. Ondersteuningssteigers voor 3D-weefselmodellen, micromechanische componenten of complete microfluïdische systemen zijn hiervoor typische toepassingsvoorbeelden.