Mikro-Stereolithographie
Die Stereolithographie ist ein generatives Fertigungsverfahren, das sich für die Fertigung komplexer dreidimensionaler Komponenten eignet (Abb.1). Um die Zugänglichkeit der Verfahrenstechnik auch für die Mikrosystemtechnik zu erlangen, wurde am Laser Zentrum Hannover e.V. ein hochauflösender Maschinenprototyp entwickelt, der die Produktion von Mikroteilen für kleine und mittlere Serien ermöglicht (Abb.2). Zu diesem Zweck ist die prozessbestimmende Systemtechnik wie Laserstrahlquelle und Handhabungstechnik aber auch das geeignete mikrosystemtechnische Material gezielt ausgewählt worden.
Flüssige Polymere, sogenannte Photoresiste, werden unter Einwirkung von Laserstrahlung zu dreidimensionalen Komponenten schichtweise verarbeitet. Ein fokussierter Laserstrahl wird flexibel auf der Oberfläche des Polymers positioniert und initiiert auf diesem Weg die lokale Verfestigung. Durch gezielte Bahnensteuerungen des Laserstrahls lassen sich hochkomplexe dreidimensionale Geometrien erzeugen. Das dreidimensionale Bauteil entsteht aus sukzessiv gefertigten Einzelschichten als physische Repräsentation eines vorher generierten CAD-Modells.
Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „Rapid Production Tool for Micro Mechanical Systems (Pronto)“ kooperierten Anwender aus der Rapid Prototyping- Industrie mit Wissenschaftlern aus dem Bereich Lasertechnik und Materialwissenschaft. Neben der Entwicklung der Prozess- und Systemtechnik entstand ein für die Mikrostereolithographie geeignetes Hybridpolymer vom Typ Ormocer®, welches durch gezielte Modifizierung an die hohen Anforderungen in der Mikrofertigung angepasst wurde. Ormocer®e sind organisch modifizierte Alkoxysilane, die zu Oligomeren mit anorganischem Grundgerüst aufgebaut werden. Mit Hilfe von lithographischen Methoden lassen sich deren organische Anteile vernetzen. Das entstehende organisch-anorganische Netzwerk weißt Materialeigenschaften (z.B. Härte, chemische Beständigkeit) auf, die im Bereich zwischen anorganischen Keramiken und organischen Polymeren liegen. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde das Basispolymer mit Additiven versehen, die die vertikale Prozessauflösung im Bereich 10 µm ermöglicht. Erfolgreich konnten bereits mikromechanische Präzisionskomponenten gefertigt werden. (Abb.3, 4. MSL-Video ansehen) Eine weitere Miniaturisierung ist durch eine Anpassung der maschinen- und materialseitigen Parameter denkbar.
Was können wir für Sie tun?
Das Laser Zentrum Hannover e.V. bietet Ihnen für die Präzisionsfertigung komplexer mikrosystemtechnischer Komponenten folgende Möglichkeiten:
- Design: Wir prüfen und optimieren Ihren CAD-Entwurf für die stereolithographische Fertigung von Präzisionkomponenten
- Prozess- und Materialentwicklung: Wir entwickeln mit unseren Kooperationspartnern spezielle Materialien, die Ihren Anforderungen genügen
- Fertigung von angepassten Präzisionskomponenten für Anwendungen in den Bereichen Medizin, Mikro-Mechanik, Mikro-Fluidik…
Historie Mikro-Stereolithographie am LZH
| Feb. 1999 – Apr. 2001: | Rapid Micro Prototyping (MIPRO), funded by European Comission |
| Apr. 2002 – March 2003: | Investigations on the integrated fabrication of three-dimensional precision micro parts, funded by DFG |
| Sept. 2003 – Nov. 2005: | Rapid Production Tool for Micro Mechanical System (PRONTO), funded by European Comission |
Veröffentlichungen
Konferenzbeiträge
Neumeister, A.; Czerner, S.; Ostendorf, A.: Metal and polymer micro parts generated by laser rapid prototyping. In: Proc. of LPM2006-The 4th International Congress on Laser Advanced Materials Processing LAMP, May 16th-19th 2006, Kyoto/ Japan
Neumeister, A.; Himmelhuber, R.; Kienzl, A.; Materlik, C.; Stute, U.; Ostendorf, A.: Direct manufacturing of mechanical assemblies using micro stereo lithography. In: Proc. of Rapid. May 16th-17th 2006, Erfurt/ Germany
Neumeister, A.; Himmelhuber, R.; Temme, T.; Stute, U.: Generation of micro mechanical devices using stereo lithography. In: Proc. of Solid Freeform Fabrication Symposium P. 12-24. August 14th-16th 2006, Austin, Texas/ USA
Neumeister, A., Himmelhuber, R., Temme, T., Stute, U., Ostendorf, A.: Layer based fabrication of micro mechanical systems using laser induced photo polymerisation. In: Proc. of LIM2007-4th International WLT-Conference on Lasers in Manufacturing ISBN 978-3-00-021449-3 P. 735-739. June 18th-22th 2007, Munich/ Germany
Neumeister, A.; Himmelhuber, R.; Materlik, C.; Temme, T.; Pape, F.; Gatzen, H.; Ostendorf, A.: Three-dimensional micro fabrication of mechanical systems using laser based stereo lithography. In: Proc. of LPM2007-the 8th International Symposium on Laser Precision Microfabrication, April 24th-28th 2007, Vienna/ Austria
Neumeister, A., Materlik, C., Temme, T., Himmelhuber, R., Ostendorf, A.: Process accuracy during laser based stereo lithography and production of Ormocer micro systems with related mechanical properties. In: Proc. of VRAP2007-the 3rd International Conference on advanced research in Virtual and Rapid Prototyping, ISBN 978-0-415-41602-3 (Virtual and Rapid Manufacturing) P. 501-507. September 24th-29th 2007, Leiria/ Portugal
Neumeister, A., Temme, T., Himmelhuber, R., Klukowska, A., Ostendorf, A.: Towards Mirco Rapid Manufacturing with functionalized materials: material properties and process accuracy during stereo lithography. In: Proc. of LEM21-the 4th International Conference on Leading Edge Manufacturing P. 953-956. November 7th-9th 2007, Fukuoka/ Japan
Zeitschriftenbeiträge
Neumeister, A.: 3D-Mikroproduktion in einem Schichtbetrieb. In: K-Zeitung 5, 2006, P. 33
Neumeister, A.: Dreidimensional dank Laser. In: Industrieanzeiger 129, 2007 P. 34-35
Neumeister, A.: Schicht um Schicht Präzision. In: Mikroproduktion 03, 2007, P. 40-42
Neumeister, A., Klukowska, A.: Non-assembly micro production of multi-component systems using stereo lithography. In mst-news 05 2007, P. 44-46
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