Skalierbare Produktion von Nano- und Mikrostrukturen

Mikro- und Nanostrukturen kommen in zahlreichen Produkten zur Anwendung: von klassischen Consumer-Produkten wie Smartphones oder Monitoren über Beleuchtungskomponenten im Automobil oder für die Inneneinrichtung bis hin zu medizinischen Einsatzgebieten, bei denen es beispielsweise darum geht, ein gezieltes Zellwachstum zu fördern, zu diagnostizieren oder zu verhindern.

Das Fraunhofer IPT erforscht und entwickelt Technologien zur Herstellung und Bearbeitung von Präzisionskomponenten und arbeitet bereits seit den 80er-Jahren an Mastering- und Replikationsverfahren zur effizienten Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen.

Gezielte Funktionalisierung erschließt neue Anwendungen in Medizin, Biotechnologie und Optik

Mikro- und nanostrukturierte Oberflächen können, mit gezielten Funktionalisierungen versehen, die Effizienz und den Ressourcenverbrauch in verschiedensten Einsatzgebieten verbessern. Weiterentwicklungen in der Materialforschung und der Produktionstechnik unterstützen zusätzlich zahlreiche neue Anwendungsfelder für mikro- und nanostrukturierte Oberflächen, etwa in der Medizin, Biotechnologie oder für optische Komponenten.

Miniaturisierte Strukturen auf kleinen und für großen Oberflächen herzustellen erfordert viel Know-how in unterschiedlichen Disziplinen der Produktionstechnik und hoch komplexe Fertigungsverfahren. So lassen sich Stukturen von wenigen Mikrometern bis in den Nanometerbereich herstellen und in stabilen Replikationsprozessen vervielfältigen.

Neueste Technik und Verfahrenskombinationen für die automatisierte Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen  

Das Fraunhofer IPT setzt neueste Maschinen- und Softwaretechnik ein, um sämtliche Aufgaben entlang verschiedener Prozessketten weiterzuentwickeln – vom Werkzeugdesign über die Auslegung und Simulation von Fertigungsprozessen bis zur Fertigung von Prototypen.

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Abtragen mit dem Laser, Hobeln, Schleifen, Fly-cutten, Prägen oder Lithographie: Mikrostrukturierte Bauteile lassen sich mit verschiedenen Verfahren herstellen. Für jeden individuellen Anwendungsfall stellen wir mit unserem umfassenden Prozess-Know-how die jeweils beste Prozesskette zusammen, um Bauteile mit hoher Qualität wirtschaftlich zu fertigen.

Mikro- und Nanostrukturen in hoher Stückzahl oder auf großer Fläche kostengünstig herstellen

Für unterschiedlichste Anwendungsfelder schaffen wir die Voraussetzungen zur Fertigung strukturierter Bauteiloberflächen. Funktionale Mikrostrukturen bis hinunter in den Nanometerbereich können wir aus verschiedenen Materialien mit einer Vielzahl an Produktionstechnologien kostenoptimiert herstellen.

 

Mastering für hochpräzise Abformwerkzeuge

Mit Laserstrahl und Diamant tragen wir Bauteiloberflächen ab, sodass der Master für Ihr Abformwerkzeug später hochpräzise Ergebnisse liefert.

Mikrostrukturen abformen und vervielfältigen

Aus einer großen Vielfalt von Abformverfahren, die wir am Fraunhofer IPT beherrschen und weiterentwickeln, suchen wir für Ihr Produkt die passende Lösung aus.

Unser technologisches Know-how rund um Mikro- und Nanostrukturen

Herstellung und Mastering – Strukturierungsverfahren mit Licht und Diamant

Ob bei der Zerspanung, in der additiven Fertigung oder bei Laserabtragprozessen – bei der Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen ist ein Höchstmaß an Genauigkeit und Präzision gefordert.

Bei der spanenden Fertigung mit monokristallinem Diamant als Schneidwerkstoff können optische Strukturen bis knapp unter einem Mikrometer erzeugt werden. Die Zugänglichkeit für die Werkzeugspitze ist hier in der Regel die einzige begrenzende Eigenschaft. Bei der 2-Photonen-Lithographie, einem additiven Verfahren für Strukturen im Nanometerbereich setzt nur die Schreibgeschwindigkeit wirtschaftliche Grenzen. Durch Laserstrukturieren können besonders große Flächen vergleichsweise kostengünstig mit tieferen Strukturen versehen werden. Bei all diesen Bearbeitungsverfahren erstrecken sich jedoch die Anforderungen an Genauigkeit und Präzision nicht nur auf die eingesetzte Fertigungstechnologie, sondern auch auf die vor- und nachgelagerten Prozesse.

Am Fraunhofer IPT bündeln wir Kompetenzen zu einem weiten Spektrum an Produktionstechnologien, sodass alle Fertigungsstufen zuverlässig und vollständig erprobt werden können. Damit sind wir in der Lage, komplette Prozessketten für die Herstellung verschiedenster Produkte mit unterschiedlichen Anforderungsprofilen zu entwickeln und zur Industriereife zu führen. Beispiele aus diesem Produktspektrum sind etwa Retroreflektoren, Mikrolinsenarrays oder ästhetische Naturmuster für abgeformte Kunststoffoberflächen.

Hochgenau und flexibel für unterschiedliche Anwendungen

Je nach Anforderung von Werkstoff und späterem Anwendungsfall gilt es das passende Strukturierungsverfahren auszuwählen. Am Fraunhofer IPT arbeiten wir mit unterschiedlichen Technologien, die eins gemeinsam haben: höchste Präzision für Anforderungsprofil.

 

Präzisionszerspanung

Die Zerspanung mit Diamantwerkzeugen erforschen wir seit mehr als 30 Jahren mit einem umfangreichen Maschinenpark und ziehen daraus die Expertise für ein breites Produktspektrum.

Lithographie

Die Zwei-Photonen-Polymerisation, auch 2-Photonen-Lithographie genannt, ist ein additives Verfahren für echten 3D-Druck von Photolacken mit verschiedenen optischen und chemischen Eigenschaften und Strukturtiefen von weniger als 100 Nanometern. Ein bekanntes Anwendungsfeld ist beispielsweise die Herstellung von Werkzeugmastern zur Abformung von Biomaterialien für die Zellkultivierung.

Laserstrukturierung

Durch Laserstrukturieren lassen sich, nahezu unabhängig vom eingesetzten Werkstoff große, auch komplex geformte Flächen mit Strukturen von mehreren hundert Mikrometern bis in den Nanometerbereich versehen.

Galvanische Hilfe beim Mikrostrukturieren

Anspruchsvolle Geometrien, die sich durch Diamantdrehen oder  Maskenlithographie konventionell nicht fertigen lassen, können galvanisch hergestellt werden.

Kontinuierliche und Diskontinuierliche Verfahren zur Abformung von Mikro- und Nanostrukturen

Erst durch Replikationstechniken gelingt es, viele Produkte zu einem marktfähigen Preis herzustellen. Daher setzen heute zahlreiche Prozessketten auf diese Verfahren zur Vervielfältigung.

Das Fraunhofer IPT entwickelt nicht nur die diskontinuierlichen Verfahren der Glasumformung und des Spritzgusses sowie kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Verfahren weiter, sondern befasst sich auch mit der galvanischen Abformung zur formgetreuen Replikation von Strukturen bis in den Nanometerbereich. Hinzu kommen mehrschrittige Prägeverfahren, um kleine Strukturen auf großen Flächen zu kombinieren.

Unser Angebotsspektrum umfasst hier die Entwicklung von Werkzeugen und Prozessen für die Massenfertigung, beispielsweise für Fresnel-Optiken, für Mikro-Linsen-Arrays (MLA) aus Glas und Kunststoff oder für flexible Diffusor- oder antimikrobielle Schutzfolien, ebenso wie die Herstellung von Werkzeugen für Masteringprozesse, die die kostensenkende Hochskalierung der Produktion häufig erst ermöglichen.

Abformen, Umformen, Spritzgießen – Replikationsprozesse für große Stückzahlen

Vor allem optische Komponenten für den Consumer-Bereich oder Verbrauchsartikel für medizinische oder pharmazeutische Anwendungen liefern gute Beispiele, warum es immer wichtiger wird, auch hochgenaue Bauteile in großen Stückzahlen verfügbar zu machen. Replikationsprozesse eröffnen hier Chancen, neue und stark nachgefragte Produkte rasch und kostengünstig für den Markt bereitzustellen.

 

Abformen von Rolle zu Rolle

Durch das Abformen über Rolle-zu-Rolle-Prozesse lassen sich großflächige Mikro- und Nanostrukturen auf Kunststofffolie kostengünstig vervielfältigen.

Spritzgießen von Kunststoffkomponenten

Durch Spritzgießen lassen sich kostengünstig Kunststoffoptiken oder mikrofluidische Disks mit hoher Formgenauigkeit herstellen.

Blankpressen von Glasbauteilen

Mit dem nicht-isothermen Blankpressen lassen sich mikrostrukturierte Oberflächen aus Glas kostengünstig herstellen.

Präzisionsblankpressen von Glas

Waferherstellung durch Präzisionsblankpressen dient dazu, mikro- und nanostrukturierte Glasbauteile schnell und in hoher Stückzahl kostengünstig verfügbar zu machen.  

Step-and-Repeat-Heißprägen

In einem mehrschrittigen Heißprägeprozess können großflächig und kostengünstig Mikrostrukturen mit optischen Eigenschaften in polymere Oberflächen eingebracht werden.  

Projekte im Bereich der Mikro- und Nanostrukturierung

Öffentlich geförderte Projekte ermöglichen es uns, neue technologische Wege zu gehen. Mit einer Auswahl unserer aktuell laufenden Projekte können Sie sich einen Eindruck verschaffen, in welcher Richtung wir unterwegs sind.

 

Fälschungssicherer Fingerabdrucksensor

Ziel im Projekt »KomFiDis« ist die präzise und kostengünstige Replikation optischer Strukturen für das OLED-Mikrodisplay des Sensors.

Intelligentes Lichtmanagement

Projektziel ist eine Prozesskette zur Herstellung reflexionsarmer nanostrukturierter optischer Komponenten, die in Infrarot-Sensoren für ein energiesparendes Lichtmanagement eingesetzt werden.

Anti-Reflex-Strukturen für Punkt-Gas-Sensoren

Für einen kompakten und robusten Punkt-Gas-Sensor, der Methangas detektieren kann, replizieren wir Infrarotoptiken mit Anti-Reflex-Strukturen mittels Präzisionsblankpressen.

 

Head-up-Displays für große Nutzfahrzeuge

Leistungsfähige Kunststoffoptiken können dazu beitragen, das Sichtfeld von Head-up-Displays zu vergrößern, ohne dass die Systeme weiteren Platz im Cockpit des Fahrzeugs beanspruchen.