Dreidimensional gedruckte Mikro- und Nanostrukturen erobern immer mehr Anwendungen: von Bauteilen zur Datenverarbeitung mit Licht über optische Mikrolinsen, mechanische Metamaterialien, künstliche Gerüste für Zellkulturen bis hin zu Sicherheitsmerkmalen für Geldscheine oder Markenprodukte. Als ebenso zuverlässiges wie vielseitiges Verfahren zu ihrer Herstellung hat sich die 3D-Laserlithografie etabliert. Dabei durchfährt ein Laserstrahl computergesteuert einen flüssigen Fotolack, wobei nur das Material am Fokuspunkt des Laserstrahls belichtet wird und aushärtet. So entstehen hochpräzise filigrane Strukturen für verschiedene Einsatzbereiche wie Optik und Photonik, Materialwissenschaften, Biotechnologie oder Sicherheitstechnik.
Bisher nur einfarbig oder zu ungenau
Die mit 3D-Laserlithografie hergestellten Mikro- und Nanostrukturen bestehen bis jetzt allerdings fast alle aus nur einem Material. Grundsätzlich lassen sie sich auch mit mehreren Materialien fertigen, indem unterschiedliche Fotolacke nacheinander aufgetragen und ausgehärtet werden, wobei der unbelichtete Lack jedes Mal in einem anschließenden Entwicklerbad ausgewaschen wird. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht nur zeit- und arbeitsaufwendig, sondern wird mit steigender Zahl der Materialien und Durchläufe auch immer ungenauer.
Mikrofluidische Kammer direkt im Gerät
Wissenschaftler am Institut für Nanotechnologie (INT), am Institut für Angewandte Physik (APH) und am Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) des KIT sowie an der School of Chemistry der Queensland University of Technology (QUT) in Brisbane, Australien haben nun im Rahmen des Exzellenzclusters „3D Matter Made to Order“ und zusammen mit Forschern der Carl Zeiss AG ein neues System entwickelt, das es ermöglicht, dreidimensional gedruckte Mikro- und Nanostrukturen effizient und präzise aus mehreren Materialien zu fertigen: Sie haben dazu eine mikrofluidische Kammer, welche die Handhabung der Flüssigkeiten auf kleinstem Raum ermöglicht, direkt in ein 3D-Laserlithografiegerät integriert.
Echte multimaterielle additive Fertigung
Wie die Forscher berichten, fertigten sie mit diesem integrierten System dreidimensionale mikrostrukturierte Sicherheitsmerkmale mithilfe von sieben verschiedenen Flüssigkeiten: einem nichtfluoreszenten Fotolack als Rückgrat, zwei Fotolacken mit verschiedenen fluoreszierenden Quantenpunkten, zwei Fotolacken mit verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen und zwei Entwicklerflüssigkeiten. „Damit ebnet das System den Weg zu echter multimaterieller additiver Fertigung auf der Mikro- und Nanoskala“, erklärt Professor Martin Wegener, Arbeitsgruppenleiter am APH des KIT. Die so hergestellten Sicherheitsmerkmale können Geldscheine, Dokumente und Markenprodukte vor Fälschung schützen. Ein Sicherheitsmerkmal besteht aus einem von Stützwänden umgebenen dreidimensionalen Gitter und fluoreszierenden Markern in verschiedenen Farben.
http://advances.sciencemag.org/content/5/2/eaau9160.abstract
