DLPマルチフォトン重合化3Dプリンターを開発

February, 21, 2019, Aachen--フラウンホーファーILT研究所(Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT)の研究チームは、ステレオリソグラフィと多光子重合化を用いて､高精度で､コスト効果が優れた3D構築技術を開発している｡
　2018年11月1日に､フラウンホーファーILTとそのパートナーは､プロジェクト「UV重合と多光子重合の組み合わせによる積層造形の生産性と細部-HoPro-3D」を発表した。EUとノースライン-ウェストファリア州が助成している。
　LightFab GmbH、Bartels Mikrotechnik GmbH、Miltenyi Giotec GmbHおよびフラウンホーファーILTの技術者は、サブミクロン範囲の分解能を達成する新しい装置を開発している。これまで、さまざまな個別の工程が、この目的のために利用可能になっている。レーザベースのUV重合化､例えば、ステレオリソグラフィ(SLA)、マイクロミラーアレイ(DLP)、マクロスケールのマルチフォトンポリマリゼーション(MPP)。
　SLAプロセスでは、UVレーザがレジンバスに2D構造を描き、感光性材料を重合化させる。コンポーネントは段階的に下げられ、3D構造が層形成される。構築率は1mm3/秒を優に上回る。より新しい3Dプリンターは、UV LED光エンジンとスキャナの代わりにDLP (Digital Light Processor)チップを使う。これにより露光が並列になり、構築率が向上する。両方法とも最大分解能10µm長を達成している。　
　マルチフォトン重合化は、さらに精巧な構造の構築に適している。このプロセスでは、必要なフォトンエネルギーは、高強度レーザパルスで生成され、波長は可視光または赤外域、複数の低エネルギーフォトンが実質的にUVフォトンに加えられる。利点は、全空間方向で最大100nmの極めて高い精度であるが、ここでの構築率はわずか10µm3/秒に過ぎない。

1台の装置に2システム搭載で時間節約
　プロジェクトパートナーは現在、DLPベースのプロセスとMPPプロセスを統合し、2つの選択可能な露光システム、高構築率または高精度のいずれかを選べる装置を開発している。365nm波長で発光する高性能LEDsとHDリソグラフィ解像度のDLPチップが利用される。MPPモジュールは、高速スキャナと顕微オブティクス搭載フェムト秒レーザを使用する。
「利点は､2つの手順の相互作用にある｡必要に応じて､工程で露光システムを切り替える｡直面している課題はプロセス制御にある｡コンセプトは開発されており､現在適切な装置を構築しているところだ｣とフラウンホーファーILT､HoPor-3Dプロジェクトマネージャ､Dr. Martin Wehnerは説明している｡
　加えて､制御ソフトウエアも開発中であり､これはCADデータに基づいて､何時2つのソース間の切り替えが適切であるかを決める｡重要なことは､この移行がスムースに機能し､フォトレジンを変える必要なく､レジンバットで構造物が作製できることである｡プロジェクトチームは､さまざまな材料を研究しており、プロセス構成を詳細に最適化している｡

アプリケーションは生物医学だけではない
　多くのコンポーネントは､迅速に組立できる本体だけでなく､高精度を必要とする一定の構造を持つ｡プロセスの統合により､例えば､レンズ､プリズムなどの光学機能素子が､大型コンポーネントに高精度に直接組込可能になる｡このアプローチにより､分析技術における読み取り光学情報のための完璧なコリメーティングオプティクスの作製が考えられる｡
　アプリケーション分野は多様であるが､この装置は､生物医学分析技術で利用されるコンポーネントの生産に最も興味深いことが分かる｡3D組織モデルのサポートスカフォード、マイクロメカニカルコンポーネント､完全なマイクロ流体システムが､このための典型的なアプリケーション例である｡
(詳細は､https://www.ilt.fraunhofer.de)