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In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Lasertechnik und dem Laserspezialisten LightFab erforscht BUSCH die Möglichkeiten des präzisen Aufbauens durch nahtlosen 3D-Druck hoher Auflösung – kurz: PANDA.
Das Projekt entstand aus den Anforderungen der medizinischen Diagnostik, wo für unterschiedlichste Befunderhebungen zunehmend schnelle Point-of-Care-Tests statt Labortests zum Einsatz kommen. Die mikrofluidischen Chips, in die eine Probe eingebracht wird, verfügen über Kanäle im Größenbereich 50 – 200 µm mit einer Oberflächenrauigkeit von wenigen Mikrometern. Die Genauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit dieser Tests hängen vom kontrollierten, exakten Kontakt der Reagenzien ab.
Üblicherweise werden diese mikrofluidischen Systeme mittels Spritzguss oder Heißprägen gefertigt. Für Prototypen und Kleinserien, die zum Beispiel für Designstudien benötigt werden, sind diese Verfahren jedoch nicht wirtschaftlich.
Als Alternative kommen prinzipiell additive Verfahren wie der 3D-Druck infrage, die keine hochpreisige Gussform oder ähnliches benötigen, sondern das Objekt quasi in Einzelfertigung aus der Konstruktionssoftware heraus aufbauen.
Das Problem hierbei ist die ungenügende Auflösung der existierenden Verfahren. Die Stereolithographie erreicht die nötige Oberflächengüte, mit DLP-Verfahren (Digital Light Processing) kann die Auflösung deutlich gesteigert werden – allerdings nicht ausreichend, denn die mikrofluidischen Chips benötigen eine Pixelgröße von kleiner 10 µm. Diese ist derzeit nur bei einer zu kleinen Gesamtgröße der belichteten Fläche erreichbar und das Aneinanderreihen mehrerer Flächen ergibt durch Naht- bzw. Schnittstellen eine ungenügende Oberflächengüte.
Ein möglicher Lösungsweg führt über ortsselektive Belichtung und Scrolling, wobei Teilbereiche der Fläche quasi-kontinuierlich belichtet werden. An die Präzision des Drei-Achs-Systems, das das Harzbad und die Belichtung bewegt, werden hierbei höchste Anforderungen gestellt; die Achsbewegungen müssen absolut synchron ablaufen und die Positionierung der DLP-Belichtung darf höchstens eine halbe Pixelgröße abweichen, um unscharfe Kanten zu vermeiden.
Prototypen und Kleinserien von mikrofluidischen Chips werden für die Weiterentwicklung der Point-of-Care-Diagnostik dringend gebraucht. Die Forschungsanlage, die das Fraunhofer ILT, LightFab und BUSCH Microsystems derzeit entwickeln, ist ein Beitrag dazu, diese Weiterentwicklung wirtschaftlicher und in der Folge deutlich mehr Anwendern zugänglich zu machen.
Derzeit werden die Anforderungen spezifiziert und das Anlagenkonzept erstellt. Bald kann mit dem Bau der Anlage begonnen werden. Im ersten Halbjahr 2023 sollen erste Musterteile vorliegen, um verschiedene Ansätze zur Belichtung nicht nur theoretisch durchzuspielen, sondern praktisch auszuprobieren.
Das Forschungsprojekt hat gerade erst begonnen. Wir selbst sind sehr gespannt auf den weiteren Verlauf und die Ergebnisse, die die nächsten zwei Jahre bringen – und selbstverständlich halten wir Sie hier im Kompetenzzentrum auf dem Laufenden.
