Quantum X shape

Quantum X shape ist Teil der industrieerprobten Quantum X Plattform und ermöglicht eine 3D-Mikrofabrikation im Wafermaßstab. Dabei kann direkt auf Glassubstrate oder auf Silizium-Wafer bis zu 6’‘ gedruckt werden. Die Möglichkeit, Standard-Wafer und verschiedene Substrattypen zu verwenden ist zum einen für das Post Processing und zum anderen für die Integration in bestehende industrielle Prozesslinien wichtig.

Im Gegensatz zu den meisten 2PP-Systemen druckt Quantum X shape in einer aufrechten Position. In Kombination mit dem Dispenser, der für eine exakte Dosierung des Fotolacks während des gesamten Druckprozesses sorgt, wird der 3D-Druck damit auch auf großen Flächen gewährleistet.

So können über Nacht bis zu 200 typische mesoskalige Strukturen auf einem voll adressierbaren Druckfeld von 50 x 50 mm² gedruckt werden.

Das Galvosystem des Quantum X shape hat einen optimierten Arbeitsbereich und vergrößert das Druckfeld mit 1.750 µm in Richtung seiner physikalisch machbaren Grenzen. Dank des optimierten Druckfelds wird der 3D-Druck mesoskaliger Objekte ohne Stiching-Nähte und ohne Einbußen in Bezug auf die Geschwindigkeit möglich. Darüber hinaus steuern intelligente Systemalgorithmen das Galvosystem, indem sie die Galvospiegel in Ecken und an Kanten beschleunigen und abbremsen. Gleichzeitig wird die Laserleistung an die Scangeschwindigkeit angepasst und sorgt für eine konstante Belichtungsdosis jedes Volumens während des gesamten Druckvorgangs. Nur so ist letztlich eine optimale Druckgeschwindigkeit bei maximaler Präzision möglich. Anhand eines einfachen Beispiels erklärt: Das Galvanometer-Steuergerät ist wie ein Rennwagen, der Kurven auf der Ideallinie ansteuert und geeignet beschleunigt und abbremst, während gerade Passagen der Rennstrecke mit höchster Geschwindigkeit gefahren werden.

Das Maß für die Druckgeschwindigkeit bezieht sich auf die Anzahl der pro Sekunde gedruckten Voxel und ist ein Indikator dafür, wie schnell digitale Informationen in ausgehärtetes Material umgewandelt werden können. Quantum X shape verfügt über eine Rate von einer Million Voxeln pro Sekunde und ist damit viermal schneller als das zweitbeste System seiner Klasse,  der Nanoscribe Photonic Professional GT2.

Die hier gezeigte Grafik vergleicht die Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) mit gängigen additiven Fertigungstechnologien in Bezug auf ihre Druckraten und erreichten Strukturgrößen. Gemessen an der absoluten Druckrate von Volumen im 2PP-basierten 3D-Druck scheint das additive Verfahren in Bezug auf die Geschwindigkeit nicht mit anderen Technologien mithalten zu können. 2PP zeichnet sich jedoch durch hohe Voxel-Druckraten im Vergleich zu den feinen Voxelgrößen aus, die sie auflösen kann und ist daher vergleichsweise schnell und hochpräzise zugleich.

Quantum X shape ist speziell für das Rapid Prototyping und den 3D-Druck im Wafermaßstab auf der Nano-, Mikro- und Mesoskala entwickelt. Verschiedene, optimal auf die spezifischen Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen abgestimmte Print Sets umfassen Objektive, passende Fotolacke und optimierte Druckparametervoreinstellungen, die sog. Parameter Presets. Unsere softwarebasierten Druckparameter-Presets beinhalten Slicing and Hatching, Laserleistung und spezifische Galvo-Einstellungen und sind somit optimale Ausgangspunkte für Ihren Druckjob. Es sind drei Print Sets erhältlich:

• Das Small Features Print Set umfasst ein 63x-Objektiv und ist für höchste Präzision bei Features im Submikrometerbereich ausgelegt.
• Das Medium Features Print Set ist speziell auf die additive Fertigung mikroskaliger Objekte bei zugleich höchster Geschwindigkeit zugeschnitten. Typische Strukturen wie Mikrolinsen mit einer Größe von mehreren hundert Mikrometern und einer Oberflächenrauigkeit (R_a) von nur 5 Nanometern werden möglich. 
• Das Large Features Print Set erweitert die Vorteile des hochpräzisen 3D-Drucks auf mesoskalige Strukturen mit einer Präzision im Mikrometerbereich.

Dip-in Laser Lithography (DiLL) ist die Standardkonfiguration des Quantum X shape. Diese proprietäre Technologie von Nanoscribe ermöglicht 3D-Mikrofabrikation mit höchster Präzision und zugleich geringster Aberration im Vergleich zu konkurrierenden Technologien. Bei dieser Konfiguration wird die Objektivlinse in den Fotolack eingetaucht, der so auch als optisches Immersionsmedium fungiert. Die Anpassung des Brechungsindexes zwischen der Fokussieroptik und dem Druckmaterial garantiert eine ideale, aberrationsfreie Fokussierung mit der höchsten Auflösung im 2PP-basierten 3D-Druck. Darüber hinaus wird der Laser nicht durch das Substrat fokussiert (z. B. bei der Ölimmersionskonfiguration), sondern schreibt das Druckobjekt direkt auf das Substrat. Folglich begrenzt der Arbeitsabstand der Fokussieroptik nicht die Höhe des 3D-gedruckten Objekts, was insbesondere für den Druck makroskaliger Objekte von Vorteil ist.

Der automatische Interface Finder umfasst zwei komplementäre Modi für Reflexion und Fluoreszenzdetektion der Substratoberfläche. In Kombination mit der Dip-in Laser Lithography (DiLL) Konfiguration kann dabei auf eine große Bandbreite unterschiedlicher reflektiver (z. B. Silikon-Wafer), transparenter und opaker Substrate (z. B. Glas- und Polymersubstrate) zurückgegriffen werden. Die DiLL-Konfiguration ermöglicht darüber hinaus den Druck auf Standardsubstraten wie Mikroskop-Objektträgern und Wafern von 1'' bis 6''. Mit den Substrathaltern von Nanoscribe kann die ständig wachsende Bandbreite an Substraten ganz einfach eingespannt und fixiert werden.

Quantum X shape ist das optimale Gerät für die 3D-Mikrofabrikation in Hochgeschwindigkeit von Objekten mit Strukturbreiten im Submikrometerbereich, Oberflächenrauigkeitsprofilen von 5 nm und darunter (Ra-Wert) und Präzision im Nanometerbereich. Um höchste Präzision gewährleisten zu können, sind einige Vorkehrungen in Bezug auf das System und den Installationsort zu beachten. Quantum X shape sollte einen festen Standort in einem Raum mit stabiler Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit haben. Der Drucker selbst wird mit einem Granitsockel geliefert, um den Einfluss von Vibrationen und Temperaturschwankungen in der Umgebung zu verringern. Dennoch ist zu empfehlen, das System in einem Raum zu installieren, der externe Vibrationen möglichst minimiert. Für den unproblematischen Umgang mit den UV-empfindlichen Fotolacken außerhalb des Druckers sollte der Raum mit Gelblicht ausgestattet sein und die Basisausstattung eines Chemielabors für den Umgang mit organischen Lösungsmitteln bei der Entwicklung der Druckerzeugnisse bereithalten.

Wenn Sie eine Vorstellung von der optimalen Arbeitsumgebung des Quantum X shape bekommen möchten, kontaktieren Sie uns und besuchen Sie unser Microfabrication Experience Center in Karlsruhe oder buchen Sie Ihre Online-Tour.

Mit dem hochmodernen Autofokussystem kann jedes Substrat mit höchster Präzision und wiederholbaren Druckergebnissen anvisiert werden. Drei Prozesskameras mit Live-Aufnahmen erleichtern die Steuerung und Überwachung des Druckprozesses. Ein automatischer Dispenser trägt die erforderliche Fotolackmenge auf das Substrat auf, sodass der Arbeitsaufwand im Labor insgesamt reduziert und die Arbeit mit dem System vom Büro oder Homeoffice aus möglich wird. Um den Wechsel zwischen Hardwarekonfigurationen zu vereinfachen, erkennt der Quantum X shape automatisch Druckköpfe und Substrathalter. Dank smarter Softwarelösungen können Druckaufträge über die Remote-Access-Software nanoConnectX in Echtzeit gestartet und überwacht werden, wobei auch eine einfache Bedienung direkt über den interaktiven Touchscreen des Systems möglich ist. Diese flexiblen Softwarelösungen erleichtern insbesondere die Arbeit größerer Teams mit einem einzigen oder mehreren Systemen.

Quantum X shape ist mit Blick auf Druckmaterialien ein offenes System, sodass Nanoscribe-spezifische und Druckmaterialien von Drittanbietern gleichermaßen verwendet werden können. Nanoscribe bietet mit den IP Fotolacken eine Produktlinie flüssiger Negativ-Fotolacke an, die speziell für den 3D-Druck auf Basis der Zwei-Photonen-Polymerisation entwickelt werden. Die felderprobten anwendungsspezifischen Druckmaterialien bieten eine Auflösung im Submikrometerbereich sowie eine hervorragende Formgenauigkeit und Stabilität. Mit den polymerbasierten IP Fotolacken können daher auch sehr anspruchsvolle Anwendungen wie Strukturen im Submikrometerbereich, komplexe 3D-Architekturen, Oberflächen in optischer Güte, weiche und elastische Elemente, mesoskalige Objekte in Hochgeschwindigkeit oder biokompatible Mikroteile gefertigt werden. GP-Silica, ein anorganisches Nanokomposit aus Quarzglas, ermöglicht den 3D-Druck von Glasmikrostrukturen und ist Teil des neuen Glass Printing Explorer Sets.

Erfahren Sie mehr über unsere IP Fotolacke oder GP-Silica und ihr Potenzial für modernste Anwendungen.