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Weltweit schnellster Serien-3-D-Drucker für die Mikro- und Nanostrukturierung?

Nanoscribe GmbH präsentiert den Photonic Professional GT auf der Photonics West
 

Winzige dreidimensionale Objekte (zum Beispiel das Empire State Building, rechts), oft nicht größer als ein Haar breit (links), sollen nun in sehr kurzer Zeit und sehr hoher Auflösung mit der neuen Generation der 3-D-Drucker hergestellt werden können. 

Den nach eigenen Angaben weltweit schnellsten, kommerziell erhältlichen 3-D-Drucker für die Mikro- und Nanostrukturierung – Photonic Professional GT – stellt die Nanoscribe GmbH auf der internationalen Leitmesse für Photonik, der Photonics West, in San Francisco (USA), vor. Winzige dreidimensionale Objekte, oft nicht größer als ein Haar breit, sollen nun in sehr kurzer Zeit und sehr hoher Auflösung mit der neuen Generation der 3-D-Drucker hergestellt werden können. Nanoscribe ist im Jahr 2007 als Spin-off aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hervorgegangen und gehört jetzt zu den Markt- und Technologieführern im Bereich der 3-D-Laserlithografie.

Durch ein neuartiges laserlithografisches Verfahren konnte die Druckgeschwindigkeit typischerweise hundertfach erhöht werden. Das soll Anwendern gänzlich neue Möglichkeiten eröffnen. Realisiert wurde diese Geschwindigkeitssteigerung durch Implementierung eines Galvospiegelsystems, einer Technik, die beispielsweise auch in Lasershow-Geräten oder in den Abtastgruppen von CD- und DVD-Laufwerken 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. 

Die dem 3-D-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. 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) umgangen. Hierdurch werden jetzt Strukturhöhen größer als 100 μm in sehr hoher Qualität ermöglicht. 

Momentan werden die Laserlithografiesysteme von Nanoscribe bereits von 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 Datenübertragungsraten von mehr als 5 Tbit/s (Terabit/s). Die Biowissenschaften stellen maßgeschneiderte Gerüste u.a. für Zellwachstumsstudien her. In der Materialforschung werden funktionelle Materialien mit verbesserten Leistungsmerkmalen entwickelt.

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