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Additive Fertigung von Optikhalterungen für mikrooptische Systeme

Bei der Konstruktion von miniaturisierten optischen Systemen ist es oft nötig, mikrooptische Bauteile wie beispielsweise einzelne Linsen oder Linsenarrays in einer bestimmten Entfernung über Sensoren oder Lichtquellen zu platzieren. Allerdings bieten die meisten der heute üblichen Rapid Prototyping Technologien nicht die hohe Auflösung und minimalen Strukturgrößen, welche für die Fabrikation von Mikrobauteilen nötig sind.

Eine erstklassige Lösung bietet hier der 3D-Drucker Photonic Professional GT von Nanoscribe, der genau auf dieser Größenskala seine Leistungsstärke voll entfaltet: Produktentwickler haben mit diesem Gerät bereits in der Prototypenphase Zugang zur aktuell weltweit höchstauflösenden additiven Fertigungstechnologie. Schichtdicken und Strukturgrößen kleiner als 1 µm sind damit problemlos herstellbar.

In der Prototypenphase des Produktentwicklungsprozess ist es nicht immer von Beginn an klar, wie die praktische Konfiguration des mikrooptischen Systems am Ende genau aussehen wird. Daher benötigen die Entwickler von Mikrobauteilen Rapid Prototyping Technologien für schnelle Designiterationen, um z.B. Optikfassungen oder –halterungen für miniaturisierte optische Systeme herstellen zu können. Hier bieten die auf der Technologie der Zwei-Photonen-Polymerisation basierenden Nanoscribe-System eine ein bis zwei Größenordnungen höhere Auflösung als die Mikrostereolithografie. Es ermöglicht den Nutzern Flexibilität und Designfreiheit sowie schnelle Optimierungsmöglichkeiten auf einer Skala, die für viele Anwendungen in der Mikrosystemtechnik relevant ist, aber bisher unerschlossen war.

Technologie
Nanoscribe´s 3D Drucker arbeitet auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation mit photosensitiven Materialien als Ausgangsmaterial. Dabei wird räumlich präzise kontrolliert ein zumeist flüssiger Lack durch eine photochemisch initiierte Polymerisation verfestigt. Das System setzt Laserlicht im nahen Infrarot mit einer Wellenlänge ein, für das der Fotolack transparent ist. Der Laser ist femtosekunden-gepulst, was extrem hohe Spitzenleistungen im Laserfokus zur Folge hat. Hierdurch wird die Absorption von zwei oder mehr Photonen ermöglicht, welche die Polymerisation auslöst – und zwar ausschließlich im Fokus und nicht entlang des Strahlengangs. Nicht belichtetes Material wird zum Schluss einfach ausgewaschen. Die Auflösung dieses 3D-Rapid-Prototyping-Verfahrens geht hinunter bis zu weniger als 500 nm und liefert komplexe, freitragende Mikrostrukturen.

Neben der hohen Auflösung erlaubt dieses Verfahren auch eine ungemein hohe Flexibilität, da die computergesteuerte Strahlführung 3D-CAD-Modelle direkt in 3D-Strukturen nahezu beliebiger Komplexität übertragen kann. Das bietet zusätzlich den großen Vorteil, dass Produktionskosten und Bauteilkomplexität weitgehend entkoppelt werden.

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