Im deutschen 3D-Druckzentrum in Karlsruhe definiert Horizon Microtechnologies die Möglichkeiten der Mikroproduktion neu. Durch die Kombination der leichten Designflexibilität des UV-härtbaren Polymer-3D-Drucks mit der Funktionalität moderner Metallbeschichtungen liefert Horizon Teile mit einzigartigen und bisher nicht kompatiblen Eigenschaften. Durch den Einsatz des microArch S240-Systemsvon Boston Micro Fabrication (BMF) , das eineAuflösung von 10 µm bietet, eröffnen sich für Industriekunden neue, leistungsstarke Möglichkeiten.
Dr. Andreas Frölich, der sich seit über zwei Jahrzehnten mit nanoskaligem 3D-Druck beschäftigt, gründete Horizon mit einer klaren Vision: Er will polymerbasierten 3D-Druckteilen durch innovative Beschichtungen neue funktionale Eigenschaften verleihen. Während der mikropräzise 3D-Druck früher aufgrund des geringen Durchsatzes auf die Forschung beschränkt war, bieten die Fortschritte in der hochauflösenden additiven Fertigung heute neue Chancen. Wie Dr. Frölich es ausdrückt:
"Um 2020 schloss sich eine Lücke zwischen hochpräzisen Verfahren mit geringem Durchsatz und schnellen Technologien mit geringerer Auflösung. Dieser Durchbruch ermöglichte es uns, unser Konzept in die Industrie zu bringen."
Horizon wurde Ende 2021 gegründet und hat seitdem diese Vision in die industrielle Realität umgesetzt.
Neue Eigenschaften dank beschichteter Mikroteile
Als Absolvent des ESA Business Incubation Centre Programme hat Horizon bereits Projekte wie 3D-gedruckte, metallbeschichtete Funkantennen für Satelliten geliefert. Heute beliefert das Unternehmen eine Reihe von Industriekunden mit Hybridteilen, die im 3D-Mikropräzisionsdruck hergestellt und mit firmeneigenen Beschichtungsverfahren veredelt werden - vom Design über den Druck bis hin zur Nachbearbeitung und Beschichtung alles im eigenen Haus.
Zu den Kernkompetenzen des Unternehmens gehören Beschichtungen:
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Schutzbeschichtungen: Versiegeln Teile gegen Umwelteinflüsse (z. B. Lösungsmittel).
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Leitfähige Beschichtungen: Verhindern statische Aufladungen oderermöglichen niedrige elektrische Ströme für Sensoranwendungen.
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Metallische Beschichtungen: Unterstützen höhere Stromübertragung und Hochfrequenzsignaltransport für Elektronik- und RF-Komponenten.
Um diese fortschrittlichen Eigenschaften zu erreichen, sind ultraglatte Oberflächen erforderlich, was durch die DLP-basierte Drucktechnologie von BMF ermöglicht wird.
Die Wahl von PµSL für Mikroteile in Industriequalität
Für Horizon war die Wahl der Technologie klar.
"Wir brauchten ein Verfahren, mit dem wir Teile von der Größe eines Daumennagels bis zu einer Faust reproduzieren können - mit Toleranzen von der Breite eines menschlichen Haares", sagt Dr. Frölich.
Die Projection Micro Stereolithography (PμSL)-Technologie von BMF erfüllte alle Anforderungen und bietet einen hohen Durchsatz, eine feine Auflösung und Zugang zu einer breiten Palette von Materialien. Der von Horizon ausgewählte microArch S240 bietet eine Auflösung von 10 µm, Schichtdicken zwischen 10 und 40 µm und glatte Oberflächen bis zu 0,4 µm Ra. Sein "Step-and-Repeat"-Bebilderungsverfahren gewährleistet eine hohe Genauigkeit über den gesamten 100 x 100 x 75 mm großen Baubereich. "Wir können 80 spiralförmige Strukturen über Nacht drucken und sie innerhalb von Tagen metallisieren", fügt Frölich hinzu.
Die Erstinstallation und Schulung durch BMF verschaffte dem Horizon-Team eine solide Grundlage. Schon direkt nach dem Auspacken erreichte der S240 Toleranzen von 20-30 Mikrometern gegenüber dem CAD-Modell.
Neben den BMF-eigenen Harzen kann Horizon auch Materialien von anderen Lieferanten qualifizieren und verwenden, was eine größere Flexibilität ermöglicht. Das Unternehmen hat ein standardisiertes Verfahren zum Testen neuer Materialien und Methoden zur Integration gedruckter Teile mit externen Komponenten entwickelt, die durch Zuverlässigkeitstests nach Industriestandards unterstützt werden.
Anwendungen in der realen Welt
Mikrofluidik-Chips
Mikrofluidik-Chips, die bisher in komplexen Mehrschichtverfahren hergestellt wurden, können jetzt in einem einzigen Durchgang gedruckt werden. Horizon verwendet das transparente Hochtemperatur-HTL-Material von BMF, das eine Inspektion mit dem Mikroskop ermöglicht. Die Beschichtungen können die Chips versiegeln und leitende Elemente für Sensoren oder Elektroden einschließen.
Hornantennen mit Standardgewinn
Die beschichtete Hornantenne von Horizon wiegt nur ein Sechstel einer vergleichbaren Metallversion, bietet aber die gleiche Leistung. Interne Riffelungen, die einfach mit 3D-Druck hergestellt werden können, optimieren die Strahlrichtung und eliminieren Nebenkeulen.
"Solche Optimierungen sind mit subtraktiven Metallverfahren kaum möglich", sagt Frölich.
Hybride Elektronikkomponenten
Von Interposern und Elektroden bis hin zu elektrischen Kontaktstiften und Fan-out-Strukturen erweitert Horizon die Entwicklungsmöglichkeiten mit 3D-Druck und funktionalen Beschichtungen.
Ein bewährtes Werkzeug für die Produktion
Nach zwei Jahren mit dem microArch S240 zieht Frölich ein klares Fazit:
"Die Kunden sind begeistert von den Möglichkeiten, die wir sowohl in der Entwicklung als auch in der Produktion bieten. Wir haben bisher fast 100 Projekte mit Losgrößen von 1 bis 50 abgeschlossen."
Der Drucker hat sich zu einem echten Arbeitstier in der Produktion entwickelt und liefert eine hervorragende Teilequalität bei außergewöhnlicher Prozessstabilität.
"Die Kunden erkennen den Wert der Kombination von Mikropräzisionsdruck und funktionalen Beschichtungen. Wir sind stolz darauf, dass wir ihnen ein umfassendes Know-how in den Bereichen Materialien, Design und Fertigung bieten können, um ihre Ideen zum Leben zu erwecken", sagt Frölich, "die Technologie von BMF hat dabei eine entscheidende Rolle gespielt.
