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Durchbruch in der Mikrofabrikation


Während die additive Fertigung in der Welt grosser Bauteile bereits Standard ist, hält sie nun auch Einzug in die Bereiche der Nano- und Mikrofabrikation und schliesst die bisherige Lücke zwischen der 3D-Laserlithografie und anderen 3D-Druckverfahren. Stossen herkömmliche Verfahren wie die Stereo lithografie bei Schichtdicken von 50 bis 150 μm an ihre Grenzen, kommt die noch relativ junge Technologie der 3D-Laserlithografie zum Zuge und entfaltet ihre vielfältigen Stärken auf der Mikro- bis Mesoskala.

Der feinstrukturierte Eiffelturm hat eine Gesamthöhe von gerade mal 2 mm.

Die Auflösung ist im Vergleich zur Stereolithografie etwa 10 bis 100 Mal so hoch, Strukturdetails von einem Mikrometer und kleiner sind hier Standard bei Oberflächenrauigkeit in optischer Qualität. Komplexe dreidimensionale Gebilde mit Strukturdetails bis hinunter zu 150 Nm können basierend auf der Technologie der Zwei-Photonen-Polymerisation auf einer Schreibfläche von bis zu 100 x100 mm2 aus UV-härtenden Kunststoffen geformt werden. Im Unterschied zu anderen 3D-Druckverfahren gibt es auf dieser Grössenordnung für viele Strukturdesigns keine adäquate Alternative. Übliche Verfahren bieten meist nicht die nötige Auflösung, um Kleinstteile wie sie etwa in der Medizintechnik, MEMS oder Elektronik benötigt werden, formtreu wiederzugeben. Der Photonic Professional GT ebnet somit gänzlich neue Perspektiven für wissenschaftliche und industrielle Applikationen.

Hochauflösende Strukturierung mittels 3D-Laserlithografie: Optisches Sicherheitsmerkmal im Vergleich zu einer 1-Cent-Münze.

Vielfältige Anwendungen
In weiteren Prozessschritten können die gedruckten 3D-Objekte als Master für die Abformung in metallische, halbleitende, anorganische oder organische Materialien dienen, zum Beispiel in Gold, Siliziumdioxid, Silizium oder PDMS. Hier wird unter anderem von der elektrischen Leitfähigkeit, den optischen oder mechanischen Eigenschaften oder auch der Biofunktionalität der Zielmaterialien Gebrauch gemacht.

Dank der nahezu unbegrenzten Designfreiheit und Individualisierungsmöglichkeiten sind die Einsatzgebiete der Nanoscribe Systeme äusserst vielfältig. Die Anwendungen reichen von der Herstellung dreidimensionaler Strukturen und künstlicher Materialien für die Optik und Photonik, über komplexe Strukturen für die Mikrofluidik bis hin zur Herstellung massgeschneiderter dreidimensionaler Template für biologisches Zellwachstum. Auch die Herstellung von Mikromaschinen, das Tissue Engineering oder der Einsatz in den Bereichen MEMS und Mikrorobotik werden immer bedeutender. Dazu nachfolgend ein paar Beispiele.

3D-gedruckte Photonische Wire Bonds (PWB) könnten eine Lösung für die zukünftige Highspeed-Datenkommunikation sein.

MEMS
MEMS (microelectromechanical systems) bezeichnet das Feld miniaturisierter, aufeinander abgestimmter Systeme bestehend aus Sensoren, Aktoren und Mikrostrukturen. Für Anwendungen in der Mikrorobotik bringt man zum Beispiel spezielle Mikrostrukturen in wässrige Medien ein, wodurch es möglich wird, diese mit optischen Pinzetten zu greifen und zu bewegen. Diese Funktion beruht darauf, dass stark fokussiertes Licht auf mikroskopische Objekte Kraft ausübt, die dadurch zum fokussierten Lichtstrahl gezogen werden. Forscher der ETH Zürich zeigten bereits, dass sich damit mikrooptische Objekte als eine Art optisch angeregte Mikroroboter frei im dreidimensionalen Raum bewegen lassen 1.

Tissue Engineering auf Basis der Daten eines μ-CTs vom menschlichen Oberschenkelhalsknochen.

Die Mikrointegration ist derzeit eines der ökonomisch bedeutendsten Forschungsgebiete der Optik. Sie bezeichnet die drastische Kosten- und Bauraumreduzierung optischer Funktionselemente. Diese extrem leistungsfähigen optischen Schaltungen könnten in ein paar Jahren zum Standard in vielen Anwendungsbereichen wie zum Beispiel der Telekommunikation, Medizintechnik, Konsumelektronik oder auch der Anlagensteuerung werden. Im Rahmen der bundespolitischen «Hightech-Strategie 2020» ist Nanoscribe Mitglied des BMBF-Projektes «Phoibos-Photonische Wirebonds für optische Multi-Chip-Systeme». Erstmals ist Phoibos-Projektleiter Prof. Dr. Christian Koos vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hier die optische Verdrahtung optoelektronischer Chips gelungen. Dabei wurden mikrometerkleine polymere Lichtwellenleiter, sogenannte photonische Wirebonds (PWB), direkt auf siliziumbasierten Komponenten realisiert. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen können auf diese Weise optimal angepasste, optische Schnittstellen erzeugt werden, die die Basis für optische Multi-Chip-Module bilden.

Gedrucktes Mini-Zahnrädchen mit Drehmechanismus und einer Grösse von 3,5x2 mm. Ein Beispiel für die Möglichkeiten des 3D-Drucks zur Funktionsintegration.

Biowissenschaften und Medizintechnik
Auch im Bereich der Biowissenschaften und Medizintechnik hat sich der 3D-Druck aufgrund der nahezu unbegrenzten Designfreiheit, Variabilität und geringen Kosten bei der Einzelstückfertigung bereits zu einem Standardwerkzeug entwickelt. Denkt man in diesem Zusammenhang meist an additiv gefertigte Handprothesen oder Zahnersatz, so sollen in naher Zukunft insbesondere sehr kleine «menschlichen Bauteile» sowie körperähnliche Strukturen per 3D-Druck realisiert werden. Einer Forschungsgruppe des Italian Institute of Technology (IIT), Center for Micro-BioRobotics@SSSA ist es kürzlich gelungen, körperähnliche Knochenstrukturen, die durch ein μ-CT gewonnen wurden, mit einem Nanoscribe System «nachzudrucken» 2.

Nanoscribe GmbH, Eggenstein-Leopoldshafen (D)

Quellenverzeichnis
1 Hybrid Helical Magnetic Microrobots Obtained by 3D Template-Assisted Electrodeposition. M.A. Zeeshan, R. Grisch, E. Pellicer, K.M. Sivaraman, K.E. Peyer, J. Sort, B. Özkale, M.S. Sakar, B.J. Nelson, S. Pané, Small, Volume 10, Issue 7, pages 1284 bis 1288, (2014).
2 Biomimicry at the nanoscale: current research and perspectives of two-photon polymerization. A. Marino, C. Filippeschi, V. Mattoli, B. Mazzolai and G. Ciofani, Nanoscale, 2015, 07, 2815 bis 3320.



Community Führer Maschinen-, Metall, Elektro- und Elektronikindustrie der Schweiz 31 / 2017

EVENTS

Lubricant Expo Europe

Fachmesse für Schmierstofftechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Düsseldorf (D)

EMO Hannover

Weltleitmesse für Werkzeugmaschinen und Metallbearbeitung

Datum: 22.-26. September 2025

Ort: Hannover (D)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

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FachPack

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Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

POWTECH

Internationale Fachmesse für Technologien zur Verarbeitung von Pulvern, Feststoffen und Flüssigkeiten

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Events für Hightech-Innovationen aus den Schlüsseltechnologien Optik, Photonik, Elektronik und Mechanik

Datum: 24.-25. September 2025

Ort: Jena (D)

parts2clean

Internationale Leitmesse für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung

Datum: 07.-09. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

Blechexpo

Internationale Fachmesse für Blechbearbeitung

Datum: 21.-24. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

Schweisstec

Internationale Fachmesse für Fügetechnologie

Datum: 21.-24. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

FMB

Fachmesse für Maschinenbau

Datum: 04.-06. November 2025

Ort: Bad Salzuflen (D)

A + A

Weltleitmesse für sicheres und gesundes Arbeiten

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

swissRobotics.net Symposium

Fachveranstaltung zu Entwicklungen und Herausforderungen der Robotikbranche

Datum: 05. November 2025

Ort: Allschwil (CH)

transport-CH

Schweizer Fachmesse für Nutzfahrzeuge und Automobil-Werkstattbedarf

Datum: 05.-08. November 2025

Ort: Bern (CH)

Medica

Internationale Fachmesse für Medizintechnik, Medizinprodukte, Elektromedizin, Labortechnik und Diagnostika

Datum: 17.-20. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

formnext

Internationale Leitmesse für additive Fertigungstechnologien

Datum: 18.-21. November 2025

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productonica

Weltleitmesse für Entwicklung und Fertigung von Elektronik

Datum: 18.-21. November 2025

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 18.-21. November 2025

Ort: München (D)

AQUA Suisse

Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Fachmesse der Schweizer Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 20.-22. Januar 2026

Ort: Luzern (CH)

Empack Schweiz

Schweizer Fachmesse für Verpackungslösungen und -technologien

Datum: 28.-29. Januar 2026

Ort: Bern (CH)

Logistics & Automation

Fachmesse für Intralogistik, Distribution, Transport und E-Logistik in der Schweiz

Datum: 28.-29. Januar 2026

Ort: Bern (CH)

Recyclingkongress

Kongress über aktuelle Entwicklungen, Innovationen und Herausforderungen im Bereich Recycling

Datum: 30. Januar 2026

Ort: Biel/online (CH)

NORTEC

Fachmesse für Produktionstechnik und Maschinenbau

Datum: 03.-05. Februar 2026

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aqua pro

Schweizer Fachmesse für die Bereiche Trinkwasser, Abwasser und Gas

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für gedruckte Elektronik

Datum: 24.-26. Februar 2026

Ort: München (D)

embedded world

Internationale Fachmesse und Konferenz für die Embedded-System-Branche

Datum: 10.-12. März 2026

Ort: Nürnberg (D)

AM Forum

Europas Anwenderkonferenz für industrielle Additive Fertigung

Datum: 10.-11. März 2026

Ort: Berlin (D)

Additive Manufacturing Forum

Europäische Leitkonferenz und Fachausstellung für additive Fertigung

Datum: 10.-11. März 2026

Ort: Berlin (D)

emv

Internationale Fachmesse mit Workshop für Elektromagnetische Verträglichkeit

Datum: 24.-26. März 2026

Ort: Köln (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 24.-26. März 2026

Ort: Stuttgart (D)

Global Industrie

Messe für den gesamten industriellen Sektor in Frankreich und darüber hinaus

Datum: 30. März-02. April 2026

Ort: Paris (F)

Tube

Fachmesse für die Rohr- und rohrverarbeitende Industrie

Datum: 13.-17. April 2026

Ort: Düsseldorf (D)

wire Düsseldorf

Internationale Fachmesse für die Draht- und Kabelindustrie

Datum: 13.-17. April 2026

Ort: Düsseldorf (D)

PaintExpo

Weltleitmesse für industrielle Lackiertechnik

Datum: 14.-17. April 2026

Ort: Karlsruhe (D)

Hannover Messe

International Messe für alle Technologien rund um die industrielle Transformation

Datum: 20.-24. April 2026

Ort: Hannover (D)

Techtextil

Internationale Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Frankfurt am Main (D)

Siams

Fachmesse für Mikrotechnik

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-07. Mai 2026

Ort: München (D)

Optatec

Internationale Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme

Datum: 05.-07. Mai 2026

Ort: Frankfurt (D)

GrindingHub

Internationale Fachmesse für Schleif- und Oberflächentechnologien

Datum: 05.-08. Mai 2026

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Internationale Fachmesse für die Verpackungsindustrie und die zugehörige Prozessindustrie

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Juni 2026

Ort: Nürnberg (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 20.-21. Mai 2026

Ort: Zürich (CH)

Start-Up Days

Schweizer Konferenz und Netzwerkplattform für Startups, Investoren, KMUs und Unternehmen

Datum: 21. Mai 2026

Ort: Bern (CH)

CastForge

Fachmesse für Guss- und Schmiedeteile mit Bearbeitung

Datum: 09.-11. Juni 2026

Ort: Stuttgart (D)

Swissmem Industrietag

Konferenz für die Berufsbildung in der Schweizer Tech-Industrie

Datum: 23. Juni 2026

Ort: Bern (CH)

Swiss Medtech Day

Konferenz der Schweizer Medizintechnikindustrie

Datum: 10. Juni 2026

Ort: Bern (CH)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 10.-12. Juni 2026

Ort: Genf (CH)

Stanztec

Internationale Fachmesse für Stanztechnik

Datum: 16.-18. Juni 2026

Ort: Pforzheim (D)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

Datum: 05.-07. Juni 2026

Ort: Stuttgart (D)

GS1 Excellence Days

Konferenz für Innovationen und Lösungen im Bereich der Standardisierung, Identifikation und Geschäftsprozesse

Datum: 18. Juni 2026

Ort: Bern (CH)

Intersolar Europe

Weltleitmesse für die Solarwirtschaft

Datum: 23.-25. Juni 2026

Ort: München (D)

FPGA Conference Europe

Europas führende Fachkonferenz für programmierbare Logikbausteine, sogenannte FPGAs (Field Programmable Gate Arrays)

Datum: 30. Juni-02. Juli 2026

Ort: München (D)

FILTECH

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 30. Juni-02. Juli 2026

Ort: Köln (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2026

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 15. bis 19. September 2026

Ort: Stuttgart (D)

AMB

Internationale Fachmesse für Metallbearbeitung

Datum: 15.-19. Oktober 2026

Ort: Stuttgart (D)

Aluminium

Weltleitmesse Aluminum für die komplette Wertschöpfungskette rund um den Werkstoff

Datum: 06.-08. Oktober 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bondexpo

Internationale Fachmesse für Klebetechnologie

Datum: 06.-08. Oktober 2026

Ort: Stuttgart (D)

Motek

Internationale Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung

Datum: 06.-08. Oktober 2026

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für industrielle Bildverarbeitung

Datum: 06.-08. Oktober 2026

Ort: Stuttgart (D)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 13.-15. Oktober 2026

Ort: Nürnberg (D)

EuroBLECH

International Technologiemesse für Blechbearbeitung

Datum: 20.-23. Oktober 2026

Ort: Hannover (D)

BrauBeviale

Europäische Fachmesse für die Getränkewirtschaft

Datum: 10.-12. November 2026

Ort: Nürnberg (D)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 10.-13. November 2026

Ort: München (D)

ALL4PACK EMBALLAGE

Leitmesse für die Verpackungs- und Intralogistikbranche

Datum: 24.-26. November 2026

Ort: Paris (F)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 01.-03. Dezember 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Hardware

Schweizer Fachmesse für Werkzeuge und Eisenwaren

Datum: 10.-12. Januar 2027

Ort: Luzern (CH)

BAUMAG Baumaschinen Messe

Schweizer Fachmesse für Baumaschinen, Baugeräte und Werkzeuge

Datum: 21.-24. Januar 2027

Ort: Luzern (CH)

GrindTec

Internationale Fachmesse für Werkzeugbearbeitung und Werkzeugschleifen

Datum: 02.-05. März 2027

Ort: Leipzig (D)

Zuliefermesse Z

Internationale Fachmesse für Zulieferer der unteren und mittleren Produktionsstufen sowie für industrielle Dienstleister

Datum: 02.-05. März 2027

Ort: Leipzig (D)

intec

Internationale Fachmesse für Werkzeugmaschinen, Fertigungs- und Automatisierungstechnik

Datum: 02.-05. März 2027

Ort: Leipzig (D)

ICE Europe

Internationale Fachmesse für die Veredelung und Verarbeitung von Papier, Film und Folie

Datum: 09.-11. März 2027

Ort: München (D)

CCE International

Internationale Fachmesse für die Wellpappen- und Faltschachtelindustrie

Datum: 09.-11. März 2027

Ort: München (D)

ISH

Weltleitmesse für Wärme, Wasser und Luft

Datum: 15.-19. März 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

INNOTEQ

Schweizer Fachmesse der Fertigungsindustrie

Datum: 16.-19. März 2027

Ort: Bern (CH)

Ble.ch

Schweizer Fachmesse der Blech-, Metall- und Stahlbearbeitung

Datum: 16.-19. März 2027

Ort: Bern (CH)

Fastener Fair

Internationale Fachmesse für die Verbindungs- und Befestigungsbranche

Datum: 06.-08. April 2027

Ort: Stuttgart (D)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 27.-30. April 2027

Ort: Stuttgart (D)

Moulding Expo

Internationale Fachmesse Werkzeug-, Modell- und Formenbau

Datum: Mai 2027

Ort: Stuttgart (D)

Lamiera

Internationale Fachmesse, die sich auf Blechbearbeitung, Werkzeugmaschinen und innovative Technologien

Datum: 11.-14. Mai 2027

Ort: Mailand (I)

electro-tec

Schweizer Fachmesse der Elektrobranche

Datum: Mai 2027

Ort: Bern (CH)

Achema

Weltleitmesse für Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

GIFA

International Giesserei-Fachmesse mit Technical Forum

Datum: 21.-25. Juni 2027

Ort: Düsseldorf (D)

NEWCAST

Weltweit führende internationale Fachmesse für Präzisionsgussprodukte

Datum: 21.-25. Juni 2027

Ort: Düsseldorf (D)

Automatica

Weltleitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 09.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

IFFA

Weltleitmesse der Fleisch- und Proteinwirtschaft

Datum: 13.-18. Mai 2028

Ort: Frankfurt am Main (D)

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