3D-Schreiben

Ein Schmetterling

weiß nichts davon, dass seine Flügel eigentlich photonische Kristalle sind, nach deren Vorbild die hergestellt werden, die in der Telekommunikation Einsatz finden. Mittels ihrer spezifischen Struktur bringen sie nämlich das Licht dazu, sich in der für die Bauteilfunktion notwendigen Art und Weise im Medium auszubreiten. Man kann mit Hilfe von photonischen Kristallen beispielsweise Wellenleiter mit sehr kleinen Kurvenradien (im Mikrometerbereich) bei geringen Verlusten, effizientere Festkörperlaser, extrem schmalbandige optische Filter, Multiplexer und verschiedene andere neuartige optoelektronische Bauelemente realisieren. Vom Ei zur Raupe, zur Puppe und letztendlich zum Schmetterling, so hat sich die Natur das mit der Metamorphose gedacht. Wie jedoch kann man photonische Kristalle fertigen? Einsatz bei der Fertigung finden Piezo-Nanopositioniersysteme, die ein neues 3D-Lithografieverfahren ermöglichen.

Piezo-Nanopositioniersysteme arbeiten mit Wiederholgenauigkeiten im Nanometerbereich bei Ansprechzeiten unterhalb einer Millisekunde. Dadurch erschließen sich den präzisen Positioniersystemen immer wieder neue Einsatzbereiche. Ein typisches Beispiel liefern die neuen 3D-Laserlithografiegeräte der Nanoscribe GmbH, mit denen sich erstmals komplexe dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen vollautomatisch in photosensitiven Materialien herstellen lassen. Da sich mit dem in drei Dimensionen „schreibenden“ Laser Bahnbreiten bis hinunter zu 150 nm realisieren lassen, sind die Anforderungen an die Positioniergenauigkeit hoch. Das geeignete Nano-Positioniersystem für die Feinjustierung des Lithografieobjekts oder der Probe stammt von der in Karlsruhe ansässigen Firma Physik Instrumente (PI): Der mit Piezoaktoren angetriebene Mehrachsen-Nanostelltisch P-563 arbeitet mit Stellwegen bis 300 x 300 x 300 µm und einer Wiederholgenauigkeit im Nanometerbereich. Zur hohen Positioniergenauigkeit trägt der Aufbau als parallelkinematisches Mehrachssystem bei. Alle Piezoaktoren wirken auf eine zentrale Plattform. Dadurch lässt sich ein identisches dynamisches Verhalten für alle Achsen erzielen. Außerdem erfasst die Sensorik alle geregelten Freiheitsgrade gleichzeitig. Durch diese Parallelmetrologie lassen sich Achsübersprechen und Führungsfehler aktiv verhindern.
Eine neue Technik, die sich außer zur Imitation von (unbeschwert flatternden) Schmetterlingsflügeln noch bei der Herstellung dreidimensionaler Gerüste für die Zellbiologie, bei der Fertigung mikro-optischer Bauelemente sowie als Rapid-Prototyping-Instrument bei mikro- und nanofluidischen Systemen und deren Kleinserienfertigung einsetzen lässt. ee

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