Лазерный мир

Сила комбинированного процесса очевидна, когда мелкие прецизионные детали и твердая основа  объединяются: тонкая структура (приблизительно 400 x 400 мкм, справа), полученная с новой технологической комбинацией и прикрепленная к основному телу  (слева; источник: Fh. ILT)

Либо быстрая, либо точная — и то, и другое невозможно достичь при производстве тончайших полимерных структур с помощью лазера. Или может они могут?

Совместно с LightFab из Аахена, Bartels Mikrotechnik из Дортмунда и Miltenyi Biotec из Бергиш-Гладбаха, Германия, специалисты Института лазерной технологии им. Фраунгофера ILT разрабатывают новую машину для производства макроскопических полимерных структур с разрешением до субмикрометрового диапазона. До настоящего времени для этой цели были доступны различные отдельные процессы: УФ-полимеризация на основе лазеров, такая как, например, стереолитография (SLA) или микрозеркальные матрицы (DLP), и многофотонная полимеризация (MPP) в микроскопическом масштабе.

В процессе SLA УФ-лазер записывает двумерную структуру в ванну со смолой, что приводит к полимеризации светочувствительного материала. Компонент понижается шаг за шагом, и трехмерная структура строится в слоях. В большинстве случаев скорость наращивания значительно превышает 1 мм³ в секунду. В новых 3D-принтерах вместо сканера используются ультрафиолетовые светодиоды и чип DLP (цифровой световой процессор). Это позволяет распараллеливать экспозицию, тем самым увеличивая скорость построения. Оба метода достигают максимального разрешения выше 10 мкм.

Цель состоит в том, чтобы использовать комбинированую машину для производства разветвленных микрососудов, а также комплексных микрофлюидных систем. (Источник: Fh. ILT)

Многофотонная полимеризация подходит для построения еще более тонких структур. В этом процессе необходимая энергия фотона генерируется интенсивными лазерными импульсами с длинами волн в видимом или инфракрасном диапазоне, при этом несколько низкоэнергетических фотонов фактически суммируются с ультрафиолетовым фотоном. Преимущество — чрезвычайно высокая точность до 100 нм во всех трех пространственных направлениях; однако скорость наращивания здесь составляет всего около 10 мкм³ в секунду.

В настоящее время партнеры по проекту объединяют процесс на основе DLP с процессом MPP и разрабатывают машину с двумя выбираемыми системами экспонирования для высокой скорости сборки или высокой точности. Они используют высокопроизводительные светодиоды, излучающие на длине волны 365 нм, и чип DLP с разрешением HD для литографии. Модуль MPP использует фемтосекундный лазер с быстрым сканером и микроскопической оптикой.

«Преимущество заключается во взаимодействии двух процедур: в зависимости от необходимости мы намерены переключаться между системами экспонирования в процессе», — объясняет д-р Мартин Венер, менеджер проекта Fraunhofer ILT проекта «Высокая производительность и детализация в Аддитивное производство путем сочетания УФ-полимеризации и многофотонной полимеризации — HoPro-3D ». «Задача, с которой мы сталкиваемся, заключается в контроле процесса. Концепция разработана, в настоящее время строится соответствующая машина ».

Кроме того, разрабатывается управляющее программное обеспечение, которое должно самостоятельно решать — на основе данных САПР — когда изменение между двумя источниками имеет смысл. Суть в том, что этот переход работает плавно, и конструкции могут быть встроены в ванну со смолой без необходимости замены фотопласта. Команда проекта изучает различные материалы и детально оптимизирует комбинацию процессов.

Многие компоненты имеют корпус, который можно быстро собрать, но также и некоторые конструкции, которые требуют высокой точности. Комбинация процессов позволяет, например, оптически функциональным элементам, таким как линзы или призмы, быть интегрированными непосредственно в более крупный компонент с большой точностью. Благодаря такому подходу возможно создание полной коллимирующей оптики для считывания оптической информации в технологии анализа.

Области применения разнообразны, но эта машина должна оказаться наиболее интересной для производства компонентов, используемых в технологии биомедицинского анализа. Опорные каркасы для трехмерных моделей тканей, микромеханических компонентов или комплектных микрофлюидных систем являются типичными примерами применения для этого.

HoPro-3D будет работать три года и координируется Fraunhofer ILT. Проект поддержан Европейским фондом регионального развития 2014-2020. (Источник: Fh. ILT)

Источник: http://www.photonicsviews.com/producing-finest-polymer-structures-faster/