Neue 3D-Drucktechnik für Goldstrukturen im Mikrometerbereich

Um kleine metallische Strukturen additiv zu fertigen, gibt es bereits Verfahren wie Stereolithographie oder selektives Lasersintern oder Laserschmelzen. Die herkömmlichen Verfahren sind meisten nicht zum fertigen von sehr feinen Strukturen (kleiner 10 Mikrometer) geeignet. Die Universität von Twente (Niederlande) hat in einem interdisziplinären Projekt eine Technik entwickelt, mit dem man Mikrometer genau Gold und Kupfer 3D-drucken kann.

In dem Fachartikel ‘Printing of Complex Free-standing Microstructures via Laser-induced Forward Transfer (LIFT) of Pure Metal Films’, wird die neue Technologie mit dem Namen LIFT vorgestellt. Mit Hilfe eines kurzen grünen Laserimpulses wird ein Tropfen von Gold und Kupfer aus einem Nanometer dicken Film heraus geschmolzen. Das geschmolzene Material wird auf das Trägermaterial geschossen und härtet dort aus. Ein Tropfen hat dabei nur ein Volumen von wenigen Femtoliter (10^-15 Liter).

Kupfer und Gold werden zu kleinen Tropfen geschmolzen, weil sie eine ähnliche Schmelztemperatur haben (Gold um die 1064°C und Kupfer um die 1085°C). Kupfer übernimmt eine wichtige Rolle bei der Herstellung kleiner Strukturen, denn Gold alleine ist sehr weich, deshalb wird eine Trägerstruktur mit Kupfer erzeugt und darauf lagert sich dann das Gold ab. Das Forschungsteam hatte bedenken, dass sich beide Metalle vermischen könnten, nach den ersten Tests ist dies aber nicht der Fall. Ein Vermischen der Metalle könnte zu einer Verringerung der Qualität führen, weil das Kupfer wieder entfernt wird. Durch einen Ätzvorgang mit Eisen (III)- Chlor , wird das Kupfer entfernt und nur die Goldstruktur bleibt übrig.

Eine vielversprechende neue Technik

Durch dieses Verfahren haben die Forscher eine Genauigkeit von unter 10 Mikrometer reicht und eine Oberflächenrauhigkeit zwischen 0,3 und 0,7 Mikrometer. Das Team sieht als Einsatzgebiet vor allem für elektrische Schaltungen, mikromechanische Vorrichtungen und die Biomedizin.

Die beiden Fakultäten der Universität von Twente MS3 welches ihren Schwerpunkt in Mechanik der Festkörper, Oberflächen und Systeme hat und DPM welches für Design, Produktion und Management zuständig ist, haben zusammen an der neuen Technologie gearbeitet.