Die Hybride Mikro-Stereolithographie als Weiterentwicklung in der Polymerbasierten Additiven Fertigung

  • Arndt Hohnholz
  • Kotaro Obata
  • Claudia Unger
  • Jürgen Koch
  • Oliver Suttmann
  • Ludger Overmeyer
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Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird das neuartige additiven Herstellungsverfahren der Hybriden μ-Stereolithographie vorgestellt. Es vereint die Vorteile eines herkömmlichen Stereolithographieprozesses mit der Beschichtungstechnologie des Aerosol-Jet-Druckens. Die neuartige Beschichtungstechnologie des Aerosol-Jet-Druckens ist in der Herstellung von leitfähigen elektrischen Leiterbahnen bekannt. Durch den Auftrag über einen zuvor generierten Tröpfchenstrom in der Größenordnung von ein bis fünf Mikrometern sind sehr geringe Schichtdicken möglich, die eine neue Detailgenauigkeit in horizontaler Richtung erlauben. Als Material kommt dabei ein Prepolymer zum Einsatz, das in einem folgenden Bearbeitungsschritt mittels UV-Laserstrahlquelle selektiv polymerisiert werden kann. Dies erlaubt eine hohe Detailauflösung von bis zu fünf Mikrometern in der Ebene. Ein Anwendungsbeispiel zur Nutzung dieser hohen Auflösungsmöglichkeiten ist die Herstellung von polymeren Wellenleitern, die aufgrund ihrer Beschaffenheit als Lichtwellenleiter nur sehr geringe Fertigungstoleranzen aufweisen dürfen. Eine weitere Herausforderung stellt zudem die Verarbeitung von zwei unterschiedlichen Materialien dar, weil ähnlich eines Stufenindexlichtwellenleiters in einer Glasfaser der Brechungsindexunterschied hinreichend groß gewählt sein muss.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wird das neuartige additiven Herstellungsverfahren der Hybriden μ-Stereolithographie vorgestellt. Es vereint die Vorteile eines herkömmlichen Stereolithographieprozesses mit der Beschichtungstechnologie des Aerosol-Jet-Druckens. Die Stereolithographie hat in den letzten Jahren immer weitere Anwendungsgebiete erschlossen mit der Tendenz zu serienhergestellten individuell gefertigten 3D-Bauteilen. Die neuartige Beschichtungstechnologie des Aerosol-Jet-Druckens ist in der Herstellung von leitfähigen elektrischen Leiterbahnen bekannt. Durch den Auftrag über einen zuvor generierten Tröpfchenstrom in der Größenordnung von ein bis fünf Mikrometern sind sehr geringe Schichtdicken möglich, die eine neue Detailgenauigkeit in horizontaler Richtung erlauben. Als Material kommt dabei ein Prepolymer zum Einsatz, das in einem folgenden Bearbeitungsschritt mittels UV-Laserstrahlquelle selektiv polymerisiert werden kann. Dies erlaubt eine hohe Detailauflösung von bis zu fünf Mikrometern in der Ebene. Ein Anwendungsbeispiel zur Nutzung dieser hohen Auflösungsmöglichkeiten ist die Herstellung von polymeren Wellenleitern , die aufgrund ihrer Beschaffenheit als Lichtwellenleiter nur sehr geringe Fertigungstoleranzen aufweisen dürfen. Eine weitere Herausforderung stellt zudem die Verarbeitung von zwei unterschiedlichen Materialien dar, weil ähnlich eines Stufenindexlichtwellenleiters in einer Glasfaser der Brechungsindexunterschied hinreichend groß gewählt sein muss. Erste Lichtleittests konnten die qualitative Leitung eines eingekoppelten Signals zeigen.

Schlüsselwörter

Additive Manufacturing Aerosol-Jet-Printing Stereolithography Optical Polymer Waveguides 

Literaturverzeichnis

  1. [1]
    C.W. Hull (1986) Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography, Google Patents Google Scholar
  2. [2]
    A. Gebhard (2013): Generative Fertigungsverfahren: Additive Manufacturing und 3D Drucken für Prototyping, Tooling, Produktio, Carl Hanser, München,ISBN: 978-3-446-43651-0 Google Scholar
  3. [3]
    Langefeld, B. (2013) Additive manufacturing – a game changer for the manufacturing industry? Roland Berger Strategy Consultants, München. https://www.rolandberger.com/publications/publication_pdf/roland_berger_additive_manufacturing_1.pdf, letzter Aufruf: 14.9.2016
  4. [4]
    J. Eichler, H. Eichler (2015) Laser – Bauformen, Strahlführung, Anwendungen, 8. Auflage, Springer, Berlin/Heidelberg, ISBN: 978-3-642-41437-4 Google Scholar
  5. [5]
    H. Hügel,T Graf, Thomas (2009): Laser in der Fertigung- Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren, Vieweg+Teubner, 2. Auflage, ISBN: 978-3-8351-0005-3 Google Scholar
  6. [6]
    V. Ferreras Paz, M. Emons, K. Obata, A. Ovsianikov, S. Perterhänsel, K. Frenner, C. Reinhardt, B. Chichkov, U. Morgner, W. Osten (2012): Development of functional sub-100 nm structures with 3D two-photon polymerization technique and optical methods for characterization, Journal of Laser Applications, 24, DOI: 10.2351/1.4712151 Google Scholar
  7. [7]
    L. Overmeyer,A. Neumeister, R Kling(2011: Direct precision manufacturing of threedimensional components using organically modified ceramics, CIRP Annals – Manufacturing Technology 60,DOI: 10.1016/j.cirp.2011.03.067 Google Scholar
  8. [8]
    M. Hedges, A. Marin (2012): 3D Aerosol jet Printing – Adding Electronics Functionality to RP/RM, DDMC 2012 Conference, Berlin Google Scholar
  9. [9]
    K. Obata, U. Klug, O. Suttmann, L. Overmeyer (2014): Hybrid Micro-stereo-lithography by Means ofAerosol Jet Printing Technology, JLMN-Journal of Laser Micro/Nanoengineering 9, DOI: 10.2961/jlmn.2014.03.0012 Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland 2017

Authors and Affiliations

  • Arndt Hohnholz
    • 1
  • Kotaro Obata
    • 2
  • Claudia Unger
    • 3
  • Jürgen Koch
    • 4
  • Oliver Suttmann
    • 5
  • Ludger Overmeyer
    • 6
  1. 1.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland
  2. 2.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland
  3. 3.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland
  4. 4.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland
  5. 5.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland
  6. 6.Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)HannoverDeutschland

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