Kombinált és hatékony: Két lépésben a cél felé

Mintázat alkatrész a Harzbad-ban készült a HoPro-3D berendezésből. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Mintadarab egy gyantatálban készült a HoPro3D rendszerből. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország.

Laborberendezés a kombinációs folyamat teszteléséhez. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Laborberendezés a kombinációs folyamat teszteléséhez. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország.

Megvalósítás MPP- és DLP-folyamatban egy gyantafürdőben. © Fraunhofer ILT, Aachen. / Megvalósítás az MPP és DLP folyamatban egy gyantafürdőben. © Fraunhofer ILT, Aachen, Németország.

Az „HoPro-3D“ projekt partnereivel közösen a Fraunhofer Lasertechnikai Intézet ILT egy új típusú berendezést fejlesztett ki a magas felbontású mikroalkatrészek fotóhálózással történő gyártására. A polimer mikrostruktúrák gazdaságosan és ügyfélspecifikusan készíthetők egy gépen belül.

A Fraunhofer ILT szakértői közösen dolgoztak az Aachen-i LightFab GmbH-val, a Dortmund-i Bartels Mikrotechnik GmbH-val és a Bergisch Gladbach-i Miltenyi Biotec GmbH-val a „HoPro-3D” projekt keretében egy új típusú 3D nyomtató fejlesztésén, amely mikroalkatrészek fotopolimerekből való gyártására szolgál. Ez egy gyors, sík felületű expozíciót alkalmaz, az úgynevezett scrolling Digital Light Processing (DLP), valamint egy magas felbontású lézeres folyamatot, a multiphoton polimerizációt (MPP).

A HoPro-3D 3D nyomtatónak két választható expozíciós rendszere van, amelyek vagy magas építési sebességet (scrolling DLP), vagy nagy precizitást (MPP) biztosítanak. A 365 nm-es hullámhosszú DLP-modul a mikroalkatrész alapstruktúráit 10 μm-es pixelfelbontással exponálja. Emellett egy femtoszekundumos lézerrel és az MPP-modullal körvonalakat írhatunk fel kb. 2 μm-es felbontással.

A réteges eljárás lehetővé teszi, hogy finom MPP-struktúrákat építsünk fel már nyomtatott DLP-struktúrákra, így gyorsan nagyobb, összetett szerkezetű alkatrészek készíthetők magas felbontással. A felépített laboratóriumi minták lehetővé teszik akár 60 x 100 mm² alapterületű alkatrészek gyártását.

Gyors és precíz kombinálás

A HoPro-3D berendezés vezérlő szoftvere lehetővé teszi mindkét expozíciós rendszer zökkenőmentes váltását. A váltás ideális ideje a CAD-adatok alapján dönthető el. A réteges felépítés során többször is lehet váltani a két folyamat között.

„A koncepció készen áll, a megfelelő gép felépült és már alaposan tesztelték” – mondja Dr. Martin Wehner, a Fraunhofer ILT Biofabrikation csoportvezetője. A berendezés elkészülte után 2022 tavaszán az alkalmazásorientált tesztelést és optimalizálást a Fraunhofer SiCellNet hálózat keretében végezték. A SiCellNet klaszter központi helyszín a sejtek elemzéséhez, szortírozásához és rendelkezésre bocsátásához új eszközök és gyártási technikák kutatásában. A kombinált berendezés teljesítményét és a folyamat irányítását így optimálisan lehetett fejleszteni.

A „Precíz felépítés zökkenőmentes 3D nyomtatással nagy felbontásban – PANDA” című következő projektben, amelyet a KKV-k innovációs programja támogat, a Fraunhofer ILT csapata 2022 januárjától vizsgálja a DLP-alapú eljárások teljesítményének bővítését. A szerzett tapasztalatokat később alkalmazni fogják a HoPro-3D berendezésben, hogy folyamatosan javítsák a 3D nyomtatási folyamat gazdaságosságát.

Alkalmazások a biomedicinális analitikában

A Fraunhofer ILT képes mikrocsatorna-struktúrák felépítésére, így ügyfélspecifikus alkalmazásokat idő- és költséghatékonyan fejleszthet. Mivel nem kell váltani különböző gépek között, kisebb funkcionális elemek közvetlenül integrálhatók nagyobb alkatrészekbe. A MPP folyamat növelt precizitása lehetővé teszi magas helyi funkciótartalom kialakítását az alkatrészek gyártásakor.

Számos potenciális alkalmazás létezik: mikrofluidikus chipek laboratóriumi diagnosztikához és gyors tesztekhez, mikromechanikai alkatrészek és komplett mikrofluidikai rendszerek hatékony Point-of-Care diagnosztikához, amelyek helyben, laboratóriumi ellenőrzések nélkül biztosítanak betegközeli diagnózist.

A „HoPro-3D” projekt 2018 novemberétől 2021 decemberéig tartott, a Fraunhofer ILT koordinálásával, és az Európai Regionális Fejlesztési Alap (EFRE) forrásaiból finanszírozva.