Additive-FertigungNanoscribe GP-Silica: Glas als neues Druckmaterial in der 3D-Mikrofabrikation
Mit dem neuen Glass Printing Explorer Set präsentiert Nanoscribe das erste kommerziell erhältliche hochpräzise additive Fertigungsverfahren und Druckmaterial für die 3D-Mikrofabrikation von Glas-Mikrostrukturen. Der neue Fotolack GP-Silica ist das Herzstück des Glass Printing Explorer Sets und wurde in einem gemeinsamen Forschungsprojekt mit Glassomer entwickelt. Der weltweit erste Fotolack für die Mikrofabrikation von Glas weist eine hohe optische Transparenz in Verbindung mit hervorragenden thermischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften auf. Dies verspricht Potenzial für die Erforschung innovativer Anwendungen in den Bereichen Life Science, Mikrofluidik, Mikrooptik, Materialwissenschaft und in der Mikrotechnik.
Grünling einer 3D-gedruckten Filterröhre (links) und der entsprechenden Filterröhre nach dem Sintervorgang (rechts). Mikrostrukturen aus Glas sind sterilisierbar und biokompatibel, sodass sich der Fotolack GP-Silica optimal für Anwendungen im Bereich Life Science eignet.
Das Glass Printing Explorer Set ist besonders geeignet für Anwendungen, die eine hohe Temperaturbeständigkeit in Kombination mit mechanischer und chemischer Stabilität sowie optischer Transparenz erfordern. Die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) von Quarzglas ist daher vielversprechend für die Erforschung neuartiger Anwendungen wie zum Beispiel in den Bereichen Life Science, Mikrofluidik und Mikrooptik. „GP-Silica hat großes Potenzial für unsere Forschung zur Herstellung komplexer mikrofluidischer Systeme, wenngleich die erforderliche thermische Nachbearbeitung anspruchsvoll ist“, fasst Professor Dr. Nicolas Muller, Assistenz-Professor und Head of Graphical Printing an der School of Engineering and Architecture of Fribourg (Schweiz), die Möglichkeiten des neuen Fotolacks mit Blick auf seine geplanten Forschungsprojekte zusammen.
Nanoscribe präsentiert den weltweit ersten Fotolack GP-Silica für die 3D-Mikrofabrikation von Mikrostrukturen aus Glas. (Alle Bilder: Nanoscribe, www.nanoscribe.com)
Glas als neue Materialklasse in der 3D-Mikrofabrikation
Der neue Fotolack GP-Silica begründet eine neue Materialklasse für die auf der Zwei-Photonen-Polymerisation basierende 3D-Mikrofabrikation und wurde in Zusammenarbeit mit der Glassomer GmbH, einem anerkannten Spezialisten für die Gestaltung von Glas bei Raumtemperatur, entwickelt. Das anorganische Druckmaterial ist ein Verbundwerkstoff aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die in einer mit Licht härtbaren Bindermatrix dispergiert sind. Das Druckmaterial verfügt über die herausragenden Eigenschaften von Quarzglas, wie z. B. eine hohe mechanische, thermische und chemische Stabilität. Das ermöglicht den 3D-Druck von Glasmikrostrukturen mit glatten Oberflächen in optischer Güte. Durch ein optisches Transmissionsfenster, das vom UV- bis in den Infrarotbereich reicht, eignet sich das neue Material auch für bildgebende Anwendungen in den Bereichen Life Science, Mikrofluidik, Mikrooptik oder für Mikroreaktoren.
Der Nanoscribes Photonic Professional GT2 3D-Drucker eignet sich als offenes System für vielfältige Designs und Anwendungen im Nano- und Mikrometerbereich. Damit ist es ein ideales Instrument für die wissenschaftliche Mikrofabrikation und das Prototyping in Multi-User-Facilities und Forschungslabors.
Der Herstellungsprozess beginnt mit dem 2PP-basierten hochpräzisen 3D-Druck einer Mikrostruktur. Der daraus resultierende Grünling besteht aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die homogen in einer Polymer-Bindermatrix verteilt sind. In einem zweistufigen thermischen Prozess wird zunächst das Polymer aus der gedruckten Mikrostruktur entfernt. In einem zweiten Schritt verschmelzen die Siliziumdioxid-Nanopartikel miteinander und bilden die endgültige Mikrostruktur aus reinem Quarzglas.
3D-Druck trifft auf Glasverarbeitung
Der neue Fotolack ist ein neuartiges Material und speziell auf die 3D-Mikrofabrikation mit Nanoscribe 3D-Druckern abgestimmt. Wie bei der Glasherstellung üblich, sind thermische Behandlungen notwendig: Der Fabrikationsprozess beginnt mit dem bekannten hochpräzisen 3D-Druckverfahren von Mikrostrukturen. Die auf diese Weise hergestellten Grünlinge bestehen aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln, die homogen in einer polymeren Bindermatrix verteilt sind. In einem zweistufigen thermischen Prozess wird zunächst das Polymer aus der gedruckten Mikrostruktur entfernt. In einem zweiten Schritt verschmelzen die Siliziumdioxid-Nanopartikel miteinander und bilden die endgültige Mikrostruktur aus reinem Quarzglas (siehe Abbildung Herstellungsprozess). Das Glass Printing Explorer Set ist ein guter Einstieg in die hochpräzise Additive Fertigung von Glasmikrostrukturen, deren Materialeigenschaften identisch mit jenen von handelsüblichem Quarzglas sind.
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