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Mikrofabrikation: Nanoscribe präsentiert Quantum X

Nanoscribe, ein Spezialist für 3D-Drucker und maskenlose Lithografiesysteme für die Mikrofabrikation, hat mit Quantum X eine neue Maschine für die industrielle Mikrofabrikation vorgestellt. Damit erweitert der Hersteller sein Portfolio an hochauflösenden additiven Fertigungssystemen um ein neuentwickeltes Gerät für die maskenlose Herstellung hochpräziser Mikrooptiken.

Sowohl Prototypen als auch Polymermaster refraktiver und diffraktiver Mikrooptiken lassen sich laut Nanoscribe mit dem neuen Gerät schnell, präzise und mit Oberflächen in optischer Qualität fertigen. Das System im kompakten Gerätedesign bietet eine intuitive Bedienung über Touchscreen und verfügt über geeignete Schnittstellen zur industriellen Prozesssteuerung.

Miniaturisierte Optiken

Miniaturisierte Optiken werden in vielen Anwendungsbereichen benötigt. Zum Beispiel für Sensoren, Mobilgeräte, Daten- und Telekommunikation. Mit Quantum X hat die Nanoscribe GmbH ein maskenloses Lithografiesystem entwickelt, das als weltweit erstes industrielles Gerät die zum Patent angemeldete Zwei-Photonen-Graustufen-Lithografie (2GL) einsetzt.

Diese Drucktechnologie kombiniert die Performance der Graustufen-Lithografie mit der Präzision und Flexibilität der von Nanoscribe kontinuierlich weiterentwickelten Zwei-Photonen-Polymerisation. Damit bietet Quantum X eine schnellere, flexiblere und kostengünstigere Lösung zur Fertigung von Mikrooptiken für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke.

Das Gerät wurde für ultrapräzise Mikrofertigungsaufgaben entwickelt, die eine höchstmögliche Designfreiheit bei maximalen Druckgeschwindigkeiten erfordern. Es ist mit drei Live-Kameras zur Prozessüberwachung und einem Fotolack-Dispenser ausgestattet. Darüber hinaus führt das System die Objektiv- und Probenhaltererkennung vollautomatisch durch und vereinfacht die Veränderung der Hardwarekonfiguration je nach Bedarf erheblich. Mit Quantum X werden Design-Iterationszyklen drastisch verkürzt, wodurch sich der gesamte Herstellungsprozess zeit- und kosteneffektiver gestaltet.

Refraktive and diffraktive Mikrooptiken

Vielstufige diffraktive optische Elemente (Multilevel DOE) können mit Quantum X durch Modulation der Laserleistung in einer Scanebene besonders schnell und hochwertig hergestellt werden. Ebenso profitieren refraktive Mikrooptiken von den exzellenten Fähigkeiten von Quantum X, die Oberflächen präzise und glatt zu konturieren.

Einzelne optische Elemente, Arrays mit hohen Füllfaktoren von bis zu 100% und unterschiedliche Formen wie sphärische und asphärische Linsen können in einem direkten und maskenlosen Prozess gefertigt werden. Somit kann mit Quantum X nahezu jede denkbare 2,5D-Struktur auf der Mikroskala hergestellt werden. Damit ist der Weg frei für die Herstellung innovativer, anspruchsvoller optischer Elemente, z.B. für Abbildungssysteme (Imaging), miniaturisierte Beleuchtung oder Sensorik.

Leistungsstarke und benutzerfreundliche Software

Für eine Echtzeit-Steuerung und -Überwachung der Druckaufträge sorgt die leistungsstarke Software von Quantum X. Zentrales Bedienelement ist ein Touchscreen, der eine intuitive und umfassende Prozesssteuerung ermöglicht. Damit können Druckaufträge gestartet, der Workflow überwacht, Prozessparameter angepasst sowie der Druckvorgang über drei Prozesskameras in Echtzeit beobachtet werden. Befinden sich mehrere Druckaufträge im Speicher, können diese nacheinander abgearbeitet werden, so dass auch ein Betrieb rund um die Uhr möglich ist.

Im Softwarepaket ist außerdem ein Assistent enthalten, der den Nutzer bei der Erstellung von Druckaufträgen unterstützt und die Druckvorbereitung erleichtert. Graustufenbilder beliebiger optischer Designs können einfach importiert werden. So können beispielsweise BMP, PNG oder TIFF mit einer Auflösung von bis zu 32 Bit importiert und für die weitere Erstellung des Druckauftrags genutzt werden.

Zwei-Photonen-Graustufen-Lithografie

Dank der exzellenten Konturierungsfähigkeiten der Zwei-Photonen-Graustufen-Lithografie (2GL) lassen sich hochpräzise Bauteile mit ausgezeichneter Formgenauigkeit und ultraglatten Oberflächen realisieren. Die Laserleistungsmodulation und die dynamische Fokuspositionierung werden bei hohen Scangeschwindigkeiten so präzise synchronisiert, dass eine umfassende Voxelgrößen-Kontrolle in jeder einzelnen Scanebene möglich ist. Quantum X fertigt sowohl einfache als auch komplexe optische Formen und Strukturen mit variablen Strukturhöhen innerhalb jedes einzelnen Scanfeldes. So können einzelne und präzise Stufen sowie aufgrund der hohen Auflösung quasi-kontinuierliche Topographien in einem Schritt gedruckt werden, ohne dass mehrere Lithografieschritte oder eine mehrfache Maskenherstellung erforderlich wäre.

Mit dem Verfahren der Zwei-Photonen-Graustufen-Lithografie (2GL) gedruckte Mikrooptiken

Für die Fertigung mit Quantum X steht eine breite Auswahl möglicher Substrate zur Verfügung. Sowohl transparente als auch opake Materialien und bis zu 6-Zoll große Wafer können verwendet werden. Mit Quantum X erübrigt sich eine kostspielige Maskenherstellung ebenso wie Spin-Coating und Pre- oder Post-Exposure-Bake, sofern Fotolacke von Nanoscribe verwendet werden. Diese Druckmaterialien sind einfach zu handhaben, ermöglichen hohe Aspekt-Verhältnisse und auch sehr hohe Strukturen, was an die Grenzen des physikalisch Machbaren stößt. Quantum X eröffnet damit ein neues Kapitel in der Mikrofabrikation. Denn mit seinem additiven Fertigungsansatz werden bisherige Limitierungen hinsichtlich Höhe, Durchsatz, Auflösung und Designfreiheit mühelos überwunden.

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