Die Mikroumformung ist ein Mikrofertigungsverfahren zur Herstellung sehr kleiner Metallteile mit feinen Merkmalen. Auch im 3D-Mikrodruck können solche Teile hergestellt werden, allerdings je nach Druckertechnologie aus metallischen oder nicht-metallischen Werkstoffen. Die Projektionsmikro-Stereolithografie (PµSL) von Boston Microfabrication (BMF) ist eine Form des 3D-Drucks im Mikrobereich, bei der Kunststoffe, Keramiken, Hydrogele und Verbundharze, die Keramik- oder Metallpartikel enthalten, verwendet werden können. Um ästhetische oder funktionale Eigenschaften zu erzielen, können PµSL-Kunststoffteile auch mit Metall beschichtet werden.
Mikroformung und 3D-Druck im Mikromaßstab unterscheiden sich in Bezug auf die Materialien, die sie unterstützen, aber das ist noch nicht alles. In der Regel wird die Mikroformung für die Großserienproduktion verwendet. Im Gegensatz dazu wird der mikroskalige 3D-Druck für die Herstellung von Prototypen und kleineren Stückzahlen verwendet. Neben einigen Gemeinsamkeiten zwischen diesen beiden Mikrofertigungsverfahren gibt es noch weitere wichtige Unterschiede zu beachten. In diesem Artikel werden die Funktionsweise der beiden Verfahren und ihre jeweiligen Vorteile kurz erläutert. Je nach Anwendung kann eines dieser Verfahren - oder auch beide - zum Einsatz kommen.
Wie funktioniert die Mikroformung?
Die Mikroumformung ist eine Art der Metallumformung, ein primäres Fertigungsverfahren, das Ziehen, Schmieden, Walzen und Biegen umfasst. Es gibt auch eine Art der Ultraschall-Metallumformung, bei der Ultraschallschwingungen eingesetzt werden, um Vorteile wie höhere Produktionsgeschwindigkeiten, geringeren Werkzeugverschleiß und eine bessere Oberflächenqualität zu erzielen. Umformung, Ultraschall-Metallumformung und Mikroumformung beruhen auf der Materialverformung, aber nur die Mikroumformung arbeitet auf der Mikro- und nicht auf der Makroebene. Es gibt auch eine Variante der Mikroumformung, die Impulsstrom-Mikroumformung, bei der elektrischer Strom auf dünnwandige Teile angewendet wird.
Wie funktioniert der mikroskalige 3D-Druck mit der PµSL-Technologie?
Die 3D-Drucker von BMF verwenden die PµSL-Technologie, eine Form der Stereolithografie (SLA), die eine DLP-Lichtmaschine, Präzisionsoptik, Bewegungssteuerung und fortschrittliche Software umfasst. Beim SLA-Verfahren werden Teile schichtweise in einem fotochemischen Prozess hergestellt. Wenn ein lichtempfindliches flüssiges Harz dem Licht ausgesetzt wird, kommt es zur Vernetzung und Verfestigung der Polymere. Bei der PµSL-Technologie bewirkt ein Blitz aus ultraviolettem Licht (UV) die schnelle Photopolymerisation einer ganzen Harzschicht und ermöglicht eine kontinuierliche Belichtung für eine schnellere Verarbeitung.
Was sind die Vor- und Nachteile der Mikroformung?
Die Mikroformung eignet sich für die Massenproduktion von sehr kleinen Metallteilen mit feinen Merkmalen. Da sie die Großserienproduktion unterstützt, wird sie anstelle der konventionellen Fertigung und nicht des 3D-Drucks im Mikromaßstab eingesetzt. Die Verformungs- und Versagensmodi von mikrogeformten Werkstoffen sind jedoch noch nicht gut erforscht, und ihr Verhalten unterscheidet sich erheblich von dem von Werkstoffen, die bei herkömmlichen Umformverfahren verwendet werden. Die Mikroumformung kann auch sequenzielle Prozesse erfordern (d. h. progressive Mikroumformung), was zusätzliche Zeit und Werkzeugkosten für Projekte bedeutet. Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck im Mikromaßstab werkzeuglos und erzeugt alle Teileigenschaften.
Was sind die Gemeinsamkeiten von Mikroformung und 3D-Druck im Mikromaßstab?
Das "Mikro" in Mikroumformung und 3D-Druck im Mikromaßstab bezieht sich darauf, dass mit diesen Verfahren Teile mit Abmessungen von weniger als 1 Millimeter (mm) hergestellt werden können. Beide Mikrofertigungsverfahren können viele der gleichen Arten von Teilen und für einige der gleichen Arten von Anwendungen herstellen. Darüber hinaus können sowohl die Mikrofertigung als auch der 3D-Mikrodruck sehr kleine Teile mit geringen Mindestabmessungen herstellen, die in Mikrometern (µm) gemessen werden und ein hohes Maß an Auflösung aufweisen.
Wie unterscheiden sich diese beiden Mikrofertigungsverfahren?
Die Mikroumformung ist eine Art der subtraktiven Fertigung und der mikroskalige 3D-Druck ist eine Art der additiven Fertigung. Mit anderen Worten: Bei der Mikroumformung wird Material abgetragen, um Teile zu formen, und beim 3D-Druck im Mikromaßstab wird Material Schicht für Schicht hinzugefügt. Dies sind nicht die einzigen Unterschiede, aber die Unterscheidung zwischen additiver und subtraktiver Fertigung ist ein guter Ausgangspunkt.
Bevor die Mikroumformung überhaupt beginnt, wird ein Ausgangsmaterial wie eine Metallfolie oder ein Blech auf Maß geschnitten. Bei der Mikroformung werden Werkzeuge wie z. B. Diamantmatrizen verwendet, und zur Herstellung von Bauteilmerkmalen können nachfolgende Arbeitsgänge wie die Mikrobearbeitung erforderlich sein. Im Gegensatz dazu erfordert der 3D-Druck im Mikromaßstab mit der PµSL-Technologie keine Werkzeuge oder Nachbearbeitung. Er verwendet flüssige Polymerharze anstelle von festen Metallmaterialien und bietet eine größere Designfreiheit für komplizierte 3D-Geometrien.
Welche mikrogeformten Teile und Anwendungen gibt es?
Die Mikroumformung wird zur Herstellung sehr kleiner Metallteile für medizinische Geräte, mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Elektronik, biotechnologische Anwendungen und optische Geräte verwendet. Beispiele für mikrogeformte Metallteile sind Miniaturschrauben, Mikrozahnräder, Mikrostifte, Chip-Leadframes, Kontaktfedern, Sockel, Mikroturbinen, Mikrowellen und IC-Sockel. Mikrogeformte Teile werden auch in Computern und Smartphones verwendet.
Welche Anwendungen und Vorteile hat der 3D-Druck im Mikrobereich?
Der mikroskalige 3D-Druck mit PµSL-Technologie kann zur Herstellung einiger der gleichen Arten von Teilen für medizinische Geräte, Elektronik und MEMS-Geräte verwendet werden. Der PµSL-3D-Druck wird jedoch auch für mikrofluidische Geräte sowie in Bildung und Forschung eingesetzt. Für medizinische Geräte können die biokompatiblen Polymere von BMF verwendet werden, und für elektronische Komponenten können Photopolymerharze mit hoher Hitzebeständigkeit eingesetzt werden. Ein mikrofluidisches Gerät wie ein Labor auf einem Chip (LOC) kann stattdessen ein Polymer mit guter biochemischer Leistung verwenden.
Brauchen Sie weitere Informationen über den 3D-Druck im Mikromaßstab?
Introduction to 3D Printing with PµSL, ein herunterladbares Whitepaper von Boston Microfabrication (BMF), beschreibt die Funktionsweise dieser Form des 3D-Drucks im Mikromaßstab und bietet zusätzliche Informationen über seine Vorteile und Anwendungen. Die BMF-Website listet auch verfügbare 3D-Druckmaterialien auf, untersucht PµSL-Anwendungen und bietet Spezifikationen für die BMF-Produktlinie von 3D-Druckern mit ultrahoher Auflösung.
Weitere Informationen zum 3D-Druck im Mikrobereich mit der PµSL-Technologie erhalten Sie bei BMF.