{"id":11622,"date":"2019-02-21T13:58:51","date_gmt":"2019-02-21T12:58:51","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=11622"},"modified":"2019-02-20T14:01:46","modified_gmt":"2019-02-20T13:01:46","slug":"polymerstrukturen-schneller-produzieren-zwei-verfahren-in-einer-maschine","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=11622","title":{"rendered":"Polymerstrukturen schneller produzieren \u2013 zwei Verfahren in einer Maschine"},"content":{"rendered":"
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Entweder schnell oder pr\u00e4zise \u2013 beides geht nicht bei der Herstellung feinster Polymerstrukturen mit dem Laser. Oder doch? Die Kombination von Stereolithografie und Multiphotonen-Polymerisation soll es m\u00f6glich machen: Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Lasertechnik ILT entwickeln eine Maschine f\u00fcr hochpr\u00e4zise, wirtschaftliche 3D-Aufbautechniken, die beide Verfahren nutzt. Am 1. November 2018 startete hierzu das Projekt \u00bbHohe Produktivit\u00e4t und Detailtreue in der additiven Fertigung durch Kombination von UV-Polymerisation und Mehrphotonenpolymerisation \u2013 HoPro-3D\u00ab, das durch die Europ\u00e4ische Union und das Land Nordrhein-Westfalen gef\u00f6rdert wird.<\/b><\/p>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Gemeinsam mit der LightFab GmbH aus Aachen, der Bartels Mikrotechnik GmbH aus Dortmund und Miltenyi Biotec GmbH aus Bergisch Gladbach arbeiten Experten des Fraunhofer ILT im Projekt HoPro-3D an der Entwicklung einer neuen Maschine, die makroskopische Polymerstrukturen mit Aufl\u00f6sung bis in den Submikrometerbereich herstellen soll. Bislang standen daf\u00fcr verschiedene separate Verfahren zur Verf\u00fcgung: Die UV-Polymerisation auf Basis von Lasern, wie zum Beispiel die Stereolithografie (SLA) oder Mikrospiegel-Arrays (DLP), sowie die Multiphotonenpolymerisation (MPP) im mikroskopischen Ma\u00dfstab.<\/p>\n

Beim SLA-Verfahren schreibt ein UV-Laser eine zweidimensionale Struktur in ein Harzbad, was eine Polymerisation des photosensitiven Materials bewirkt. Dabei wird das Bauteil schrittweise abgesenkt und schichtweise eine 3D-Struktur aufgebaut. Die Aufbaurate liegt dabei z. T. deutlich \u00fcber 1 mm\u00b3 pro Sekunde. Neuere Belichter verwenden UV-LEDs als Lichtquelle und einen DLP (Digital Light Processor) Chip anstelle des Scanners. Damit l\u00e4sst sich die Belichtung parallelisieren und so die Aufbaurate erh\u00f6hen. Beide Verfahren erreichen eine maximale Aufl\u00f6sung oberhalb von 10 \u00b5m.<\/p>\n

F\u00fcr den Aufbau noch feinerer Strukturen eignet sich die Multiphotonen-Polymerisation. Dabei wird die n\u00f6tige Photonenenergie durch intensive Laserpulse mit Wellenl\u00e4ngen im sichtbaren oder infraroten Bereich erzeugt, wobei sich mehrere niederenergetische Photonen virtuell zu einem UV-Photon addieren. Der Vorteil besteht in der extrem hohen Pr\u00e4zision von bis zu 100 nm in allen drei Raumrichtungen \u2013 die Aufbaurate liegt hier allerdings bei nur etwa 10 \u00b5m\u00b3 pro Sekunde.<\/p>\n

Mit zwei Systemen in einer Maschine Zeit gewinnen<\/h4>\n

Die Projektpartner kombinieren nun das DLP-gest\u00fctzte Verfahren mit dem MPP-Verfahren und entwickeln eine Maschine mit zwei w\u00e4hlbaren Belichtungssystemen f\u00fcr entweder hohe Aufbauraten oder hohe Pr\u00e4zision. Sie nutzen Hochleistungs-LEDs mit einer Wellenl\u00e4nge von 365 nm und einen DLP-Chip mit HD-Aufl\u00f6sung f\u00fcr die Lithografie. F\u00fcr das MPP-Modul wird ein Femtosekundenlaser mit einem schnellen Scanner und Mikroskopoptik eingesetzt.<\/p>\n

\u00bbDer Vorteil besteht im Zusammenspiel beider Verfahren: Je nach Bedarf soll zwischen den Belichtungssystemen im Prozess gewechselt werden\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Martin Wehner, HoPro-3D-Projektleiter am Fraunhofer ILT. \u00bbDie Herausforderung steckt damit in der Prozesssteuerung. Das Konzept steht, derzeit wird eine entsprechende Maschine aufgebaut.\u00ab<\/p>\n

Zus\u00e4tzlich wird auch eine Steuerungssoftware entwickelt, die anhand von CAD-Daten selbstst\u00e4ndig entscheiden soll, wann ein Wechsel zwischen den zwei Quellen sinnvoll ist. Am Ende geht es darum, dass dieser \u00dcbergang reibungslos funktioniert und die Strukturen in einem Harzbad ohne Wechsel des Photoharzes aufgebaut werden k\u00f6nnen. Das Projektteam untersucht daf\u00fcr verschiedene Materialien und optimiert die Prozesskombination im Detail.<\/p>\n

Anwendungen nicht nur in der Biomedizin<\/h4>\n

Viele Bauteile haben einen Grundk\u00f6rper, der schnell aufgebaut werden kann, und bestimmte Strukturen, die eine hohe Pr\u00e4zision erfordern. Durch die Verfahrenskombination k\u00f6nnen zum Beispiel optische Funktionselemente wie Linsen oder Prismen mit hoher Pr\u00e4zision direkt in ein gr\u00f6\u00dferes Bauteil integriert werden. Mit diesem Vorgehen ist auch die Fertigung kompletter Kollimationsoptiken f\u00fcr das Auslesen optischer Informationen in der Analysetechnik denkbar.<\/p>\n

Die Anwendungsbereiche sind vielf\u00e4ltig, f\u00fcr die Herstellung von Bauteilen f\u00fcr die biomedizinische Analysetechnik d\u00fcrfte die Maschine am interessantesten sein. St\u00fctzger\u00fcste f\u00fcr 3D-Gewebemodelle (scaffolds), mikromechanische Bauteile oder komplette Mikrofluidiksysteme sind daf\u00fcr typische Anwendungsbeispiele.<\/p>\n

Quelle: Fraunhofer\n<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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