Fraunhofer ILT bouwt snelle precisie 3D printer

8 februari 2019

2 minutes read

Snel of zeer nauwkeurig. Dat is tot nog toe de keuze als het gaat om 3D printen met kunststoffen. Als het aan het Fraunhofer ILT ligt hoeft dit niet langer het geval te zijn. Samen met enkele partners uit de industrie is er een machine ontwikkeld die DLP-techniek combineert met multifotonen polymerisatie. Tijdens het 3D printen schakelt de machine automatisch van de ene naar de andere technologie. De snelle precisie 3D printer wordt momenteel gebouwd in Aken.

Voor alle duidelijkheid: het gaat om zeer nauwkeurige werkstukken, waarvoor het in HoPro-3D project de technologie wordt ontwikkeld. Zeer nauwkeurig betekent resoluties tot beter dan een micrometer voor macroscopische werkstukken.

Fraunhofer ILT combineert DLP en femtesecondelaser in printer met resolutie in submicronbereik

Deze gedetailleerde structuur van 400 bij 400 µm is geprint op een basisvorm die met DLP werd geprint.

Tot 100 nm precies printen

Deze worden tot nog toe 3D geprint met multifotonen polymerisatie techniek. Met behulp van intensieve laserpulsen met een golflengte in het zichtbare of infraroodbereik, worden laag energetische fotonen aangestuurd om virtueel in een UV-foton te veranderen. Daarmee kan men tot 100 nm precies in alle drie de richtingen structuren opbouwen. Dat gebeurt echter traag: 10 µm3 per seconde. Vergelijk dat met de huidige generatie SLA-printers die zelfs meer dan 1 mm3 per seconde opbouwen. Dit kan nog hoger liggen als in de machine een Digital Light Processor wordt toegepast, omdat parallel meerdere stukken belicht kunnen worden. De maximale resolutie bedraagt echter 10 µm.

Besturing wisselt van belichtingsproces

De Duitse onderzoekers slagen er nu in om beide processen te combineren in een snelle precisie 3D printer. Ze passen de DLP-printtechniek toe samen met het MPP-proces (multifotonen polymerisatie). De machine beschikt over twee verschillende belichtingssystemen. Hoogvermogen LED’s met de DLP-processor voor als er snel geprint moet worden; een femtoseconde laser met snelle scanner en microscopisch optiek voor als je hoge precisie zoekt. Tijdens het proces wisselt de machine zelf van de ene naar de andere belichting. De uitdaging zit vooral in de ontwikkeling van een passende besturing, aldus HoPro-3D projectleider Martin Wehner.

De combinatie van een massieve basisvorm met daarop de fijne structuur geprint toont de kracht van de nieuwe machine die in Aken ontwikkeld wordt.

Automatisch programmeren

Aanvullend ontwikkelt men software die op basis van het CAD-model autonoom beslist wanneer de precisie 3D printer welke belichtingstechnologie toepast. Ook onderzoekt men in dit Europees gefinancierd project welke harsen geschikt zijn voor deze technologie. “Het concept staat. We bouwen nu de machine”, zegt Wehner.

Toepassingen

De toepassing ziet hij in onderdelen waar voor bepaalde functies een hoge nauwkeurigheid nodig is. De basis kun je dan snel 3D printen met de DLP-technologie; de features waar het om micrometer precisie gaat worden met de femtoseconde laser en de scanner geprint. Denk hierbij aan bijvoorbeeld optische componenten, zoals lensen die direct tijdens het printproces in een groter geheel geïntegreerd kunnen worden. Ook voor medische apparaten is de techniek zinvol, net als voor het 3D printen van scaffolds. Of voor mioreactorsystemen.

Het HoPro-3D project is eind 2018 gestart en heeft een looptijd van drie jaar. Naast het Fraunhofer ILT doen mee LightFab (Aken), Bartels Mikrotechnik (Dortmund) en Miltenyi Biotec (Bergisch Gladbach).