EP3983199A1 - Device for treating or inspecting a material, use of the device - Google Patents

Device for treating or inspecting a material, use of the device

Info

Publication number
EP3983199A1
EP3983199A1 EP20743582.7A EP20743582A EP3983199A1 EP 3983199 A1 EP3983199 A1 EP 3983199A1 EP 20743582 A EP20743582 A EP 20743582A EP 3983199 A1 EP3983199 A1 EP 3983199A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
point
printing
inspection
radiation
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20743582.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Richter
Robert Kirchner
Georgi Paschew
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heteromerge GmbH
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Dresden filed Critical Technische Universitaet Dresden
Publication of EP3983199A1 publication Critical patent/EP3983199A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/245Platforms or substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/264Arrangements for irradiation
    • B29C64/268Arrangements for irradiation using laser beams; using electron beams [EB]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321Feeding
    • B29C64/336Feeding of two or more materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/24Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped crosslinked or vulcanised
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2995/00Properties of moulding materials, reinforcements, fillers, preformed parts or moulds
    • B29K2995/0037Other properties
    • B29K2995/0094Geometrical properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates generally to devices and to methods for treating or inspecting a material which can be carried out with the devices. It affects in particular
  • the devices have a material supply, a
  • optical unit comprises means for emission or for
  • the optical unit also has means for aligning the transmitted or received radiation.
  • Multiphoton printing allows a resolution of the substructures in the millimeter to micrometer and
  • Such a printing process uses photocrosslinkable printing materials that have a liquid to pasty consistency and are placed in a work plane in order to be treated there by means of electromagnetic radiation and a multiphoton polymerization initiated therewith
  • the focus point changes step by step by following a movement path, regularly but not necessarily in layers, and thus building up the structure point by point.
  • Laser radiation is generated so that the radiation intensity achieved at the point of impact is sufficient to generate the polymerization in the respective printing material as a result of the absorption of two or more photons.
  • Control unit realized or provided.
  • Trajectories of the focal point which are required for the construction of the entire structure, are regularly determined by means of a CAD data set that is stored in the control unit and depicts the structure, or by control commands
  • material A was printed. Then the excess material was removed and the already printed structure was covered with material B. After the current
  • a printing device that can be used for the process has, in addition to the radiation source suitable for the process, for example for areal illumination (irradiation), a material feed which supplies the required liquid and pasty printing materials in the required amount and on the extent of the illumination
  • Holding device formed which includes the 3D structure to be produced including any required
  • Support materials This is usually a platform on which the 3D structure is built.
  • Sub-structures of the 3D structure are generated one after the other.
  • the invention is concerned with the task of a
  • Multiphoton printing process and one that can be used for this
  • the variability includes both a change in the printing materials and a change in the properties of the same material. It is also desirable that the known support materials can be replaced by support structures which can be better integrated into the printing process and that the stability and dimensional accuracy are improved during the process.
  • the 3D structures should also be in micrometer and
  • Submicrometer can be produced.
  • Inspection medium in the form of portions interacts with a location-selective material discharge and - in the case of printing - location-selective lighting.
  • the materials supplied and removed are printing materials, at least one of which can be photo-crosslinked and is cured in a location-selective manner by means of point polymerization.
  • incompatible but sufficiently reactive materials can be connected to one another through the in-situ material change.
  • the material is preferably supplied in portions and allows a wide variety of variations for the methods on
  • material derivation can take place at all portioning points of a three-dimensional structure or a layer thereof or only several, specifically selected portioning points.
  • Portioning point has been reached, carried away and new material can be brought in. Due to the small quantities required for each location, the printing material can be modified after a short time and even completely exchanged after only a short waiting time. This applies in particular to sub-structures to be printed in micrometer and Submicrometer range, which require correspondingly small portions for a structural element.
  • Inspection medium can be specifically supplied and discharged and varied. In this way the best possible resolution can be achieved and at the same time the optics and the object must be protected from harmful or undesirable influences.
  • the inspection medium can be fed in at different times,
  • An inspection medium can also be combined with a second
  • Inspection medium can be mixed, also with a temporal change in the mixing ratio.
  • Next can a
  • Temporary auxiliary for example for rinsing or
  • the inspection medium can be exchanged or modified at only one point, for example if the geometry, size and / or structure change over time at this point.
  • the inspection medium can be modified step by step so that the resolution is adapted to the change in structure.
  • the optical unit has both means for generating and also means for receiving electromagnetic radiation, which can be used simultaneously or one after the other.
  • Material provision and / or material composition can be the inspection device and the
  • printing material used for the invention denotes both the crosslinkable materials which are curable and thus form the structural elements, as well as other materials which are available for producing the respective structural element at the portioning point should .
  • Printing material and lighting to solidify the printing material which is targeted in relation to the location
  • the variability of the situation includes that one
  • Printing material also includes that the portion of material formed is due to a mixture of both
  • the viscosity of the pasty materials used can be in the range from 1 to 500 mPa s, preferably in the range from 1 to 250 mPa s, more preferably in the range of 1 to 150 mPa s, more preferably in the range from 1 to 100 mPa s. This allows flow velocities of the Material of less than 1 ml / min can be achieved.
  • Process can be matched carrier substrate or a previously with the printing process or another
  • the latter can be a substructure of a structure to be produced by means of the printing process.
  • the material portion or the point on the substrate defined by the inspection should be referred to as the working point in relation to the device. With reference to the method in which a portion of the printing and / or inspection material is produced there, this is also referred to here as the portioning point. With regard to the production of the print portion of an individual structural element of a three-dimensional structure, the “portioning point” represents that spatially extended area or “printing point” in which a structural element is printed. It is evident that the size of the actual focal point of the radiation does not have to correspond to the size of the portioning point.
  • the "inspection point” is that point on which the observation is directed and focused and which lies within the portion of the inspection medium.
  • Materials according to such a concept include a
  • the material used can also be a material composition consisting of a mixture of several materials that is already present as a mixture before being fed to the operating point. This can remain unchanged in the course of the process or can be mixed with other materials at the operating point.
  • the material outlets are according to the
  • the consistency of the materials is designed in such a way that it enables a location-selective, metered supply of the materials to the
  • the location-selective application includes that the respective material outlet can be positioned in the vicinity of the working point and that the
  • the focal point of an optical unit of the device lies within the applied pressure portion.
  • the device further comprises a material discharge with at least one material inlet. At least one
  • the material inlet is designed according to the expected consistency of the material at the working point in such a way that the liquid to pasty material can be diverted from the working point in a location-selective manner.
  • the location-selective derivation includes the
  • Material outlet can be positioned near the working point. The position must be so close to the working point that the material that is no longer required can be diverted. In the printing process, that is the one that is not solidified
  • At least one material outlet of the material supply and / or at least one material inlet of the material discharge can be mounted on the radiation outlet or on the objective.
  • the material portion ie the portion of the printing materials or the portion of the inspection medium, can be precisely portioned and / or the material discharge can be designed particularly effectively, since the material inlet is also arranged in the relevant portion or at least in its immediate vicinity.
  • At least one material outlet and / or one material inlet can be mounted at the radiation outlet of the radiation source, with the advantages described above.
  • the device can be equipped with different and several material outlets and material inlets and can be designed, for example, as a print head which is used for printing one type of
  • the material supply is connected to at least one first reservoir of a first material
  • the first material is a photo-crosslinkable printing material; in the case of the inspection process, this is an inspection medium.
  • the materials can be conveyed from the reservoir to the working point by means of suitable fluidic components.
  • the device further comprises an optical unit.
  • this is an emission unit and, in the case of an inspection device, an inspection unit, for example a microscope or a camera.
  • Units can also be combined with one another in one optical unit.
  • An emission unit has at least one radiation source which is designed for generation
  • electromagnetic radiation which provides the required radiation intensity in the focus point.
  • Laser sources in particular are currently suitable. However, as the development of radiation sources progresses, other radiation sources may also become available.
  • the optical unit comprises means for aligning and focusing the generated radiation on one
  • Such means suitable for forwarding, deflecting, filtering and focusing the radiation are optical components, such as mirrors,
  • Lenses, collimators, light guides and others are to be referred to here as a summary for both device variants as an object.
  • Material portion lies, which can be generated by means of the material supply at the working point.
  • Such a configuration makes requirements with regard to the size of the radiation exit and has the effect that the surface of the objective facing the working point is physically
  • Radiation output or radiation input and working point are enlarged to the extent that a portion of a print material that can be produced to a limited extent, possibly with a supplemented inspection medium, allows. Furthermore, the freedom of the materials and geometries that can be used is essential
  • Geometries of substrates, carrier substrates or structures that have already been produced, are printed that have a
  • the pressure can also be on
  • Freeform surfaces for example on optical
  • Fiber waveguides According to one embodiment of the device, that surface of the objective which comes into physical contact with one of the supplied liquid or pasty materials during or as a result of the supply can be used as an aid
  • Inspection material wetted surface is regularly the bottom of the lens.
  • the positioning means are used for the targeted feeding of the materials into the intermediate space, depending on the space to be produced or to
  • Positioning aids can be channels, open or partially closed, or other recesses or
  • Cavities, their position or direction and their size are adapted to the respective material portion to be produced and their position.
  • Such channels, depressions, cavities or the like can be formed, for example, in an adapter, for example plate-shaped, which can be attached to the objective and which is itself part of the positioning means.
  • Positioning means is closed, this only applies to areas away from the working point. In the area of
  • the fluidic system of the operating point itself is open.
  • the positioning means are like that formed and arranged that their contact with the
  • Carrier substrate is avoided at least in the area of the working point during use of the device in order to avoid damage to the substrate or the object.
  • a positioning means only supports that
  • microfluidic means are adapted accordingly.
  • the positioning aids for the supply and discharge of the material are also suitable
  • Microfluidics is a special field of fluidics and deals with the behavior, precise control and manipulation of liquids in the smallest of spaces and very small volumes, typically in the sub-millimeter range. In this size range, different physical laws play a role than in macrofluidics. The smaller the dimensions, the greater the ratio of Surface to volume. Capillary forces and
  • microfluidic support Because of these advantages, the microfluidic support
  • the described configurations of the device are as complex components to an existing device
  • Such a device which has the head unit described in each case, additionally comprises a
  • Holding device which is designed to hold the three-dimensional structure in the course of its manufacture and / or its inspection.
  • a holding device is usually a work platform, which can optionally have a lateral boundary.
  • a positioning device of the device is
  • Holding device relative to each other. It depends on various conditions, such as the structure to be produced or inspected, the design of the
  • the positioning device accesses the components to be moved in each case, which are the possible ones
  • the material output or material outputs and material input or material inputs are connected to the radiation source or the objective in such a way that they are part of a head unit, the head unit and the holding device are positioned relative to one another.
  • the radiation source or the inspection unit as well as the control of the material supply and the material discharge are carried out by means of a control unit.
  • the control unit is communicatively connected to the relevant components of the device.
  • the devices are designed in such a way that even very small volumes of material can be processed. This allows the
  • the device can also be easily adapted to a wide variety of systems.
  • the device described above can with the
  • Material portion is generated on a suitable substrate and the polymerization is initiated by means of electromagnetic radiation.
  • the three-dimensional structure is created relative to one another.
  • printing material at least the first of which is photocrosslinkable, is provided, and a portion of it is transferred to the desired location, i.e. H. location-selective, supplied.
  • the electromagnetic radiation from the radiation source is focused on the pressure portion thus formed.
  • At least one printing material is provided.
  • preferably two or more printing materials are used to form a printing portion. Due to the photocrosslinkability of the at least one, i. H. of the first print material is after completion of the respective print portion, this is location-selective by means of the emission unit during a
  • Such material delivery also includes the use of two or more photocrosslinkable materials in one
  • Printing material can be a further photocrosslinkable printing material which has a photosensitivity that differs from the first printing material.
  • the second printing material can be a substance that has the physical properties, such as, for example, the optical, electrical, magnetic or mechanical properties, or the chemical properties, such as, for example, the compatibility with others
  • Fabrics Such substances are, for example, fillers or dopants or other suitable ones
  • Solvents, adhesion promoters or others are possible and should be included in the term “printing material”.
  • a solvent can be added which washes out uncrosslinked material before new or different material is introduced.
  • immiscible materials can also be combined with one another. Rinsing with an auxiliary material that improves the adhesion of the building-up printing material in an intermediate step is also possible.
  • non-solidified material of the pressure portion derived in a suitable manner, for example by suction.
  • a desired different printing material or a desired different material composition of the printing portion can be used at the next next portioning point
  • Print material can be varied fluently. A continuous supply of material is also possible.
  • Portioning points are repeated many times, building up the three-dimensional structure successively.
  • the sequence of the spatial position of the portioning points is specified by a suitable control unit, for example by a CAD data set and the one described
  • Process step carried out at each portioning point with the respectively desired material composition can be achieved by one or more of the following changes to the previous composition:
  • Fluorescence, shrinkage and swelling behavior, etc. can be varied. Gradients, i.e. H. a steady or almost steady, also gradual change of a
  • Order can be done. Also intermediate steps in which For example, there is no lighting, as is the case with a location-selective flushing or something else are possible.
  • the matrix consists of a photosensitive material
  • the new material may have a different photosensitivity.
  • the existing matrix is transparent to the radiation for crosslinking the new material, so that its crosslinking can also take place within the existing matrix.
  • Lighting allows the method to be designed as an immersion method, in which the radiation output of the emission unit during the illumination with the
  • Radiation enters or exits in a liquid or pasty immersion medium so far that it fills the space between the objective and the focal point.
  • Immersion medium a higher numerical aperture and a higher resolution of the objective of the emission unit can be achieved.
  • the radiation output of the emission unit is immersed in the liquid or pasty pressure portion, which thus serves as an immersion medium, so that the surface of the optics facing the pressure portion is brought into physical contact with the material portion, i.e. is covered by the material of the print portion.
  • the three-dimensional structure is built up in layers, with one layer being built up from a multiplicity of structural elements. Due to the previously described
  • location-selective material supply and location-selective material discharge can result in a change in the composition of print portions both within a layer and from layer to layer. In this way, three-dimensional structures with a locally freely selectable material composition can be achieved.
  • contiguous area within the three-dimensional structure is formed by using at least one monomer as the first printing material and a crosslinking agent as the second printing material and printing, optionally with a variation of the concentration of the crosslinking agent.
  • Such an area can function as a sacrificial layer, for example as a support or filling area, which can later be dissolved again.
  • the three-dimensional structure that can be produced has a variation in the material composition and / or in the material property within the structure, which is in a horizontal, corresponding to the coordinate system of the XY plane usually used in three-dimensional space, and / or in the direction perpendicular to it, the Z-direction, ie within the structure - viewed theoretically - can extend as desired.
  • a variation of one or more material properties within the three-dimensional structure in the form of gradients is also possible.
  • the minimal waiting times during material removal allow the material to be changed and, at the same time, especially in the variant of the immersion process, periodic substructures with the highest spatial resolution below 500 nm, preferably smaller than 300 nm, more preferably smaller than 200 nm, even smaller than 100 nm to realize.
  • Substructures is supported by a constant change of the printing material.
  • gradient structures can be formed.
  • a certain filler can be as dynamic and
  • lens stacks made from several optically different materials can be printed or lenses whose index of refraction varies within the lens.
  • the method can also be used for printing mechanically active structures, such as micromechanical components, and their components
  • suitable inspection medium by means of a material feed at the working point, which in this case is the inspection point.
  • the portioning takes place to the extent that the surface of the lens facing the object with the inspection medium, which in this embodiment as
  • immersion medium Is referred to as immersion medium, is in physical contact, d. H. due to the focusing of the lens on the desired inspection point and the associated
  • the inspection point is immersed in the immersion medium as described above for the immersion printing process.
  • the immersion medium can be used by means of a location-selective
  • Emission unit is temporarily replaced by an inspection unit and instead of or in addition to the print portion a portion of an immersion medium matched to the objective of the inspection unit is supplied. It is also possible that the printing materials themselves are compatible with the
  • Immersion lens compatible The use of a known immersion medium, such as an immersion oil, is also possible.
  • a known immersion medium such as an immersion oil
  • Focusing can be done through a transparent substrate into the immersion medium, which can be changed if necessary
  • the inspection medium can also be used for the immersion process, so that a structure that changes over time can be optimally represented.
  • the invention is explained in more detail below with reference to embodiments of the device. To this end shows
  • 1 shows a printing device with a print head
  • Fig. 2 an inspection device with a
  • Fig. 3 shows a lens which is an embodiment of
  • FIG. 1 The printing device according to FIG. 1 comprises a
  • Emission unit 1 with a radiation source 2 and a radiation output 3.
  • a laser is used as the radiation source used.
  • the radiation output 3 is one
  • Material feed 9 and a material inlet 10 one
  • Material discharge 11 mounted. Material outlets 8 and
  • Material inlet 10 are as microfluidic nozzles
  • Printing material 12.1 and the second printing material 12.2 The holding means 7 allow assembly and disassembly of the nozzles and the assembly of further nozzles for others
  • the two printing materials 12.1, 12.2 are each held in a reservoir 13.1, 13.2 and are connected to the nozzles by means of microfluidic channels 14.
  • the material inlet 10 at the radiation outlet 3 has the effect that these components together form a print head 18 which can be used on existing printing systems.
  • the delivery of the two printing materials 12.1, 12.2 onto the carrier substrate 5 causes the mixture and the formation a pressure portion 15.
  • the pressure portion 15 is so large and positioned that the radiation outlet 3 of the
  • Radiation source 2 is in physical contact with the pressure portion 15, in the exemplary embodiment within the
  • Print portion 15 lies.
  • a control unit 16 of the printing device controls the
  • Material discharge 11 and a positioning device 17 The latter carries out the movements of the radiation source 2 relative to the work platform 4 by the
  • Emission unit 1 is moved.
  • the print head 18 is positioned opposite the carrier substrate 4, and in this position a print portion 15 is delivered onto the carrier substrate 5. Polymerization is initiated in the print portion 15 by means of a focused laser beam 19 and as a result a structural element (not shown) is formed. Then the print head 18 is in a
  • Structural element formed which can be connected to the first or is connected in subsequent steps. This process is first carried out repeatedly to form a first layer of the three-dimensional structure, and each further layer of the three-dimensional structure is subsequently produced in the same way.
  • the inspection device according to FIG. 2 has a
  • the emission unit is through an observation unit 1, the radiation output through an objective 3 of the observation unit 1, at least one print material through an immersion medium 12, which in FIG a reservoir 13 is held, the pressure portion by a portion 15 of the immersion medium and the
  • the inspection point 6 of an inspection device lies on the surface of the three-dimensional structure 5.
  • a portion of the immersion medium 12 is generated on the carrier substrate for the inspection process, so that the immersion medium 12 forms the space between the objective 3 and carrier substrate 5 fills in.
  • FIG. 3 shows an objective 3 with a view of its underside 19 which, in use, faces the carrier substrate (not shown).
  • the optical window 25 lies in the middle of a microfluidic,
  • Positioning aid acts.
  • the width of the channel 21 is greater than that in the illustrated embodiment
  • Diameter of the optical window 25 it is possible for the optical window to be larger than the width of the channel, it not being necessary to completely fill the optical window.
  • the feed of the material to the optical window takes place at one end of the channel 21, referred to as the inflow 23 for differentiation, by means of the material feed (not shown), in that the material is introduced into the channel 21.
  • a portion of a liquid or pasty material flows in the flow direction 22 into the channel 21 and, due to a predefined, sufficient portion size, fills the optical window 25 at least to such an extent that the material is in physical contact with the carrier substrate.
  • the material is sucked out of the channel 21 by means of a material discharge (not shown) at the other end of the channel 21, referred to as the drain 24, and can subsequently be replaced by another material.
  • Such an adapter plate 20 is both for a
  • Printing device (not shown) as well as for a
  • Inspection device (not shown) can be used.
  • the material can be a printing material or an immersion material.
  • the material lies the
  • Adapter plate 20 opposite carrier substrate 5 (not shown) and the material portion is of such a size and is guided by means of channel 21 into such a position that the space between carrier substrate 5 and lens 3 in the area of optical window 25 is completely filled .

Abstract

The invention relates to a device and its use for multiphoton printing for the additive manufacture of three-dimensional structures or for the inspection of these and other structures of comparable size ratios in the presence of an inspection medium. In order to manufacture and inspect three-dimensional structures that have varying properties and/or material compositions, the device according to the invention is characterized by a locally selective material feed (9), a locally selective material discharge (11) and locally selective, focused emission or reception of electromagnetic radiation.

Description

Vorrichtung zur Behandlung oder Inspektion eines Materials, Device for the treatment or inspection of a material,
Verwendung der Vorrichtung Use of the device
Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen sowie mit den Vorrichtungen ausführbare Verfahren zur Behandlung oder Inspektion eines Materials. Sie betrifft insbesondere The invention relates generally to devices and to methods for treating or inspecting a material which can be carried out with the devices. It affects in particular
Vorrichtungen und deren Verwendung zum Mehrphotonendruck zur additiven Herstellung dreidimensionaler Strukturen oder zur Inspektion solcher und anderer Strukturen mit vergleichbaren Größenverhältnissen unter Anwesenheit eines Devices and their use for multiphoton printing for the additive production of three-dimensional structures or for the inspection of such and other structures with comparable proportions in the presence of a
Inspektionsmediums . Inspection medium.
Die Vorrichtungen weisen eine Materialzufuhr, eine The devices have a material supply, a
Materialableitung und eine optische Einheit auf. Die Material discharge and an optical unit. The
optische Einheit umfasst Mittel zur Emission oder zum optical unit comprises means for emission or for
Empfang elektromagnetischer Strahlung. Die optische Einheit weist weiterhin Mittel zur Ausrichtung der gesendeten oder empfangenen Strahlung auf. Reception of electromagnetic radiation. The optical unit also has means for aligning the transmitted or received radiation.
Mittels 3D-Druck ist die Herstellung einstückiger komplexer 3D-Strukturen bekannt, beispielsweise das Lasersintern von partikelförmigem Ausgangsmaterial oder der Using 3D printing, the production of one-piece complex 3D structures is known, for example the laser sintering of particulate starting material or the
Mehrphotonendruck. Letzterer gestattet eine Auflösung der Substrukturen im Millimeter- bis Mikrometer und Multiphoton printing. The latter allows a resolution of the substructures in the millimeter to micrometer and
Submikrometerbereich. Ein solches Druckverfahren verwendet photovernetzbare Druckmaterialien, die flüssige bis pastöse Konsistenz haben und in einer Arbeitsebene platziert werden, um dort mittels elektromagnetischer Strahlung behandelt und einer damit initiierten Mehrphotonenpolymerisation Submicron range. Such a printing process uses photocrosslinkable printing materials that have a liquid to pasty consistency and are placed in a work plane in order to be treated there by means of electromagnetic radiation and a multiphoton polymerization initiated therewith
verfestigt zu werden. Die Verfestigung wird punktweise im Fokuspunkt der elektromagnetischen Strahlung einer Strahlungsquelle initiiert, so dass im Fokuspunkt, jetzt auch als Arbeitspunkt zu bezeichnen, ein Strukturelement, die kleinste Einheit der dreidimensionalen Struktur, entsteht. Zur Herstellung der gesamten Struktur wechselt der Fokuspunkt Schritt für Schritt, indem dieser, regelmäßig jedoch nicht zwangsläufig schichtweise, einer Bewegungsbahn folgt und so die Struktur punktweise aufgebaut wird. to be solidified. The solidification is point by point in the focal point of the electromagnetic radiation Radiation source initiated so that a structural element, the smallest unit of the three-dimensional structure, is created in the focal point, now also referred to as the working point. To produce the entire structure, the focus point changes step by step by following a movement path, regularly but not necessarily in layers, and thus building up the structure point by point.
Zur Auslösung der Polymerisation wird langwellige To trigger the polymerization is long-wave
Laserstrahlung erzeugt, so dass die am Auftreffort erzielte Strahlungsintensität ausreicht, um infolge einer Absorption von zwei oder mehr Photonen die Polymerisation im jeweiligen Druckmaterial zu erzeugen. Laser radiation is generated so that the radiation intensity achieved at the point of impact is sufficient to generate the polymerization in the respective printing material as a result of the absorption of two or more photons.
Die Zufuhr der Druckmaterialien, die räumliche und zeitliche Steuerung der Strahlungsemissionen und weitere für die The supply of printing materials, the spatial and temporal control of the radiation emissions and others for the
Ausführung des Verfahrens benötigte Verfahrensschritte und Parameter werden mittels einer dafür konzipierten The process steps and parameters required to carry out the process are designed using a
Steuereinheit realisiert bzw. bereitgestellt. Die Control unit realized or provided. The
Bewegungsbahnen des Fokuspunktes, die für den Aufbau der gesamten Struktur benötigt werden, werden regelmäßig mittels eines in der Steuereinheit hinterlegten, die Struktur abbildenden CAD-Datensatzes oder durch Steuerbefehle Trajectories of the focal point, which are required for the construction of the entire structure, are regularly determined by means of a CAD data set that is stored in the control unit and depicts the structure, or by control commands
abgefahren . gone.
Um 3D-Strukturen aus verschiedenen Materialien mit To use 3D structures from different materials
Multiphotonendruck herzustellen, mussten bisher aufwendige und sequentielle Prozessschritte durchgeführt werden. In the past, complex and sequential process steps had to be carried out to produce multiphoton printing.
Zunächst wurde das Material A gedruckt. Danach wurde das überschüssige Material entfernt und die bereits gedruckte Struktur mit Material B bedeckt. Nachdem die aktuell First, material A was printed. Then the excess material was removed and the already printed structure was covered with material B. After the current
geduckte Struktur in Material A visuell lokalisiert wurde und der Druckvorgang für Material B ausgerichtet wurde, konnte Material B gedruckt werden. Der Wechsel des Materials erforderte den Ausbau des Druckobjektes aus dem Drucker, die Spülung mit speziellen Chemikalien, den Rückbau in den the crouched structure in material A has been visually located and the printing process has been aligned for material B, Material B could be printed. The change of the material required the removal of the print object from the printer, the flushing with special chemicals, the dismantling in the
Drucker sowie die genaue Positionierung des zweiten Printer as well as the exact positioning of the second
Druckbereiches in Material B zu dem bereits gedruckten Print area in material B to that already printed
Teilen in Material A mit einer sehr hohen Genauigkeit. Der Zeitaufwand, welcher für solch einen Materialwechsel Parts in material A with a very high accuracy. The time required for such a material change
notwendig ist, verhindert eine effektive Herstellung von Strukturen aus mehreren, auch schichtweise variierenden Materialien. Weiter ist zu beachten, dass die bereits aufgebauten Strukturen die Reinigung unbeschadet überstehen. Dafür müssen die Strukturen in sich stabil sein. Oftmals ist die Struktur erst nach der Fertigstellung stabil genug. is necessary, prevents the effective production of structures from several materials, which also vary in layers. It should also be ensured that the structures that have already been built up survive the cleaning without damage. For this, the structures must be stable in themselves. Often times, the structure is only stable enough after completion.
Eine für das Verfahren verwendbare Druckvorrichtung weist neben der für das Verfahren geeigneten Strahlungsquelle für eine beispielsweise flächige Beleuchtung (Bestrahlung) eine Materialzufuhr auf, welche die benötigten flüssigen und pastösen Druckmaterialien in Abhängigkeit vom Umfang der Beleuchtung in der erforderlichen Menge und am A printing device that can be used for the process has, in addition to the radiation source suitable for the process, for example for areal illumination (irradiation), a material feed which supplies the required liquid and pasty printing materials in the required amount and on the extent of the illumination
erforderlichen Ort bereitstellt . Weiter ist eine required location. Next is one
Haltevorrichtung ausgebildet, welche die herzustellende 3D- Struktur einschließlich eventuell benötigter Holding device formed, which includes the 3D structure to be produced including any required
Stützmaterialien hält. Regelmäßig ist das eine Plattform, auf welcher die 3D-Struktur aufgebaut wird. Durch Support materials. This is usually a platform on which the 3D structure is built. By
Positionierung der Strahlungsquelle relativ zur Plattform und Energieeintrag mittels Beleuchtung können die Positioning of the radiation source relative to the platform and energy input by means of lighting can
Unterstrukturen der 3D-Struktur nacheinander erzeugt werden. Sub-structures of the 3D structure are generated one after the other.
Hinsichtlich dieses Verfahrens wird beispielsweise auf die DE 10 2011 012 412 Al verwiesen. Bei dem dort beschriebenen Verfahren werden 3D-Strukturen mit makroskopischen und mikroskopischen Unterstrukturen unter Verwendung von zwei Materialien mit unterschiedlichen Photoempfindlichkeiten hergestellt. Dabei werden die verschiedenen Materialien schichtweise verwendet. Um einen Materialwechsel innerhalb der Struktur vorzunehmen, wird die Struktur einem With regard to this method, reference is made, for example, to DE 10 2011 012 412 A1. In the method described there, 3D structures with macroscopic and microscopic substructures using two materials with different photosensitivities. The different materials are used in layers. To make a change of material within the structure, the structure becomes a
Reinigungsprozess in einem 5minütigem Ethanol-Bad Cleaning process in a 5-minute ethanol bath
unterzogen, um Reste des zuvor verwendeten Druckmaterials zu entfernen . to remove any remains of the previously used printing material.
Aufgrund der mit dieser Technologie herstellbaren sehr kleinen Strukturgrößen, die im Bereich von kleiner als einem Mikrometer liegen können, stellt der verfügbare geringe Platz für den Aufbau der Struktur besondere Because of the very small structure sizes that can be produced with this technology, which can be in the range of less than one micrometer, the small amount of space available for building the structure is special
Herausforderungen dar. Diese Herausforderungen bestehen sowohl für die Vorrichtung mit ihren Komponenten als auch für die Inspektion der Strukturen. Um die erforderliche Auflösung zu erzielen, werden Objektive mit hoher Challenges. These challenges exist both for the device with its components and for the inspection of the structures. In order to achieve the required resolution, lenses with high
Vergrößerung und mit hoher numerischer Apertur verwendet. Diese Objektive haben einen Arbeitsabstand von weniger als 400 bis 500 pm. Magnification and used with high numerical aperture. These lenses have a working distance of less than 400 to 500 pm.
Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Technik beschäftigt sich die Erfindung mit der Aufgabe, ein Based on the prior art described above, the invention is concerned with the task of a
Mehrphotonendruckverfahren und eine dazu verwendbare Multiphoton printing process and one that can be used for this
Vorrichtung anzugeben, mit welchen 3D-Strukturen mit wechselnden Eigenschaften und/oder aus mehreren Device indicate with which 3D structures with changing properties and / or from several
verschiedenen Druckmaterialien herstellbar sind. Solche Variationen in der Struktur sollen sowohl zwischen den different printing materials can be produced. Such variations in structure are intended both between the
Schichten als auch innerhalb einer Schicht möglich sein. Layers as well as within a layer be possible.
Weiter ist es wünschenswert, dass die Variabilität sowohl einen Wechsel der Druckmaterialien als auch eine Änderung der Eigenschaften desselben Materials einschließt. Weiter ist es wünschenswert, dass die bekannten Stützmaterialien durch Stützstrukturen ersetzbar sind, welche besser in den Druckprozess integrierbar sind und dass die Stabilität und Formgenauigkeit während des Verfahrens verbessert wird. Furthermore, it is desirable that the variability includes both a change in the printing materials and a change in the properties of the same material. It is also desirable that the known support materials can be replaced by support structures which can be better integrated into the printing process and that the stability and dimensional accuracy are improved during the process.
Die 3D-Strukturen sollen auch im Mikrometer- und The 3D structures should also be in micrometer and
Submikrometerbereich herstellbar sein. Submicrometer can be produced.
Zur Durchführung der Beobachtung der mit dem Druckverfahren herstellbaren Strukturelemente ist es weiter wünschenswert, ein Inspektionsverfahren und eine dafür verwendbare In order to carry out the observation of the structural elements which can be produced with the printing method, it is further desirable to have an inspection method and a method that can be used for this
Inspektionsvorrichtung zur Verfügung zu haben, welche das Druckverfahren mit seinen erzielbaren Strukturgrößen To have inspection device available, which the printing process with its achievable structure sizes
unterstützt und dabei variabel auf die verwendeten supported and variable on the used
Materialien abstimmbar ist. Diese Aufgabe ist durch eine Vorrichtung des Anspruchs 1, die Verwendung der Vorrichtung in einem Mehrphotonen- Druckverfahren gemäß Anspruch 8 und in einem Materials is tunable. This object is achieved by an apparatus of claim 1, the use of the apparatus in a multiphoton printing method according to claim 8 and in one
Inspektionsverfahren nach Anspruch 14. gelöst. Die sich jeweils auf die genannten Ansprüche beziehenden abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Inspection method according to claim 14 solved. The dependent claims each relating to the claims mentioned describe advantageous embodiments of the
Gegenstände . Objects.
Das wesentliche Konzept der Erfindung der Vorrichtung und der damit ausführbaren Verfahren ist dahingehend zu The essential concept of the invention of the device and the method that can be carried out with it is to this effect
beschreiben, dass eine ortsselektive und separate describe that a site-selective and separate
Materialzufuhr des Druckmaterials oder des Paper feed of the substrate or the
Inspektionsmediums in Form von Portionen zusammenwirkt mit einer ortsselektiven Materialableitung und - im Fall des Drucks - einer ortsselektiven Beleuchtung. Beim Druckverfahren sind die zu- und abgeführten Materialien Druckmaterialen, von denen zumindest eines photovernetzbar ist und ortsselektiv mittels punktueller Polymerisation ausgehärtet wird. Inspection medium in the form of portions interacts with a location-selective material discharge and - in the case of printing - location-selective lighting. In the printing process, the materials supplied and removed are printing materials, at least one of which can be photo-crosslinked and is cured in a location-selective manner by means of point polymerization.
Weiterhin können durch den in-situ Materialwechsel nicht kompatible aber ausreichend reaktive Materialien miteinander verbunden werden. Furthermore, incompatible but sufficiently reactive materials can be connected to one another through the in-situ material change.
Die Materialzufuhr erfolgt bevorzugt portionsweise und lässt verschiedenste Variationen der für die Verfahren am The material is preferably supplied in portions and allows a wide variety of variations for the methods on
Arbeitspunkt, zur Verfügung stehenden Materialportionen zu. Das betrifft insbesondere eine Änderung deren Working point, available material portions. This particularly applies to a change in their
Zusammensetzung. Auch ein vollständiger Austausch des Composition. A complete replacement of the
Materials während eines Verfahrens sowie die Bereitstellung von Additiven zur Einstellung der Materialeigenschaften oder Hilfsstoffen, die das Verfahren unterstützen, sind möglich. Je nach Art und Umfang der am jeweiligen Portionierungspunkt benötigten Materialien kann eine Materialableitung an allen Portionierungspunkten einer dreidimensionalen Struktur oder einer Schicht davon erfolgen oder nur mehreren, gezielt ausgewählten Portionierungspunkten . Materials during a process as well as the provision of additives to adjust the material properties or auxiliary materials that support the process are possible. Depending on the type and scope of the materials required at the respective portioning point, material derivation can take place at all portioning points of a three-dimensional structure or a layer thereof or only several, specifically selected portioning points.
Dies ist punktweise separat möglich, da ebenfalls altes Material, insbesondere welches vom vorangegangenen Druck- bzw. Polymerisationsschritt und ebenso vom vorangegangenen Inspektionsschritt, in die Umgebung des aktuellen This is possible separately, point by point, since old material, in particular that from the previous printing or polymerisation step and also from the previous inspection step, is in the vicinity of the current one
Portionierungspunktes gelangt ist, weggeführt und neues Material herangeführt werden kann. Aufgrund der ortsselektiv benötigten geringen Mengen ist das Druckmaterial nach kurzer Zeit modifizierbar und nach einer nur kurzen Wartezeit sogar vollständig austauschbar. Das trifft insbesondere für zu druckende Unterstrukturen im Mikrometer- und Submikrometerbereich zu, die entsprechend kleine Portionen für ein Strukturelement benötigen. Portioning point has been reached, carried away and new material can be brought in. Due to the small quantities required for each location, the printing material can be modified after a short time and even completely exchanged after only a short waiting time. This applies in particular to sub-structures to be printed in micrometer and Submicrometer range, which require correspondingly small portions for a structural element.
In analoger Weise kann für das punktweise, d. h. auf die Strukturelemente bezogene, Inspektionsverfahren In an analogous manner, for the point-wise, d. H. inspection procedures related to the structural elements
Inspektionsmedium gezielt zu- und abgeführt sowie variiert werden. So ist eine bestmögliche Auflösung zu erzielen und gleichzeitig die Optik und das Objekt vor schädlichen oder unerwünschten Einflüssen zu schützen. Die Zuführung des Inspektionsmediums kann zu verschiedenen Zeiten, Inspection medium can be specifically supplied and discharged and varied. In this way the best possible resolution can be achieved and at the same time the optics and the object must be protected from harmful or undesirable influences. The inspection medium can be fed in at different times,
beispielsweise nach der Herstellung einer Substruktur, erfolgen und so die Inspektion direkt in den Druckprozess eingebunden werden. In Abhängigkeit von den verwendeten Materialien, können in einem solchen kombinierten Druck- und Inspektionsverfahren für die Materialzu- und for example, after the production of a substructure, so that the inspection can be integrated directly into the printing process. Depending on the materials used, such a combined printing and inspection process for the material feed and
Materialableitung für Druck und Inspektion die gleichen oder separate Zuführungen und Ableitungen verwendet werden. Material discharge For printing and inspection the same or separate feed and discharge can be used.
Weiter kann ein Inspektionsmedium mit einem zweiten An inspection medium can also be combined with a second
Inspektionsmedium gemischt werden, auch mit einer zeitlichen Änderung des Mischungsverhältnisses. Weiter kann ein Inspection medium can be mixed, also with a temporal change in the mixing ratio. Next can a
Hilfsstoff temporär, beispielsweise zur Spülung oder Temporary auxiliary, for example for rinsing or
anderem, oder zusammen mit dem Inspektionsmedium zur other, or together with the inspection medium for
Anwendung kommen . Application.
Der Austausch oder die Modifikation des Inspektionsmediums kann an nur einem Punkt erfolgen, beispielsweise wenn sich an diesem die Geometrie, die Größe und/oder die Struktur mit der Zeit ändern. In diesem Fall kann das Inspektionsmedium schrittweise modifiziert werden, so dass die Auflösung an die Änderung der Struktur angepasst wird. Es bietet sich auch die Möglichkeit, die Modifizierung automatisiert vorzunehmen, wenn die Änderung der Struktur automatisiert, beispielsweise bei Überschreitung einer vordefinierten The inspection medium can be exchanged or modified at only one point, for example if the geometry, size and / or structure change over time at this point. In this case, the inspection medium can be modified step by step so that the resolution is adapted to the change in structure. There is also the possibility of making the modification automatically if the change in the structure is automated, for example, if a predefined
Unschärfe oder mittels Mustererkennung, erfasst und auf dieser Basis eine Steuerung der Zufuhr und gegebenenfalls auch der Ableitung von Inspektionsmedium erfolgt. Weiterhin bietet sich die Möglichkeit, 3D-Druck und Blurring or by means of pattern recognition, and on this basis a control of the supply and possibly also the discharge of inspection medium takes place. There is also the option of 3D printing and
Inspektion der mikroskopischen Strukturen derart zu Inspection of the microscopic structures so too
verknüpfen, dass das Druckmaterial, gegebenenfalls unter Zugabe geeigneter Hilfsmittel, gleichzeitig als link that the printing material, if necessary with the addition of suitable aids, at the same time as
Inspektionsmedium genutzt werden kann. In diesem Fall weist die optische Einheit sowohl Mittel zur Erzeugung als auch Mittel zum Empfang elektromagnetischer Strahlung auf, die gleichzeitig oder nacheinander zum Einsatz kommen können. Inspection medium can be used. In this case, the optical unit has both means for generating and also means for receiving electromagnetic radiation, which can be used simultaneously or one after the other.
Unter Nutzung des Prinzips der variierbaren Using the principle of variable
Materialbereitstellung und/oder Materialzusammensetzung können die Inspektionsvorrichtung und das Material provision and / or material composition can be the inspection device and the
Inspektionsverfahren auch unabhängig von einem Inspection procedure also independent of one
Druckverfahren zur Inspektion von mikroskopischen Strukturen und das Druckverfahren mit einem alternativen Printing process for the inspection of microscopic structures and the printing process with an alternative
Inspektionsverfahren eingesetzt werden. Nachfolgend werden zur Realisierung des Konzepts verwendete Merkmale beschrieben. Diese wird der Fachmann in Inspection procedures are used. Features used to implement the concept are described below. This will be the expert in
verschiedenen Ausführungsformen verschieden miteinander kombinieren, soweit ihm das für einen Anwendungsfall sinnvoll und geeignet erscheint. Der zur Erfindung verwendete Begriff „Druckmaterial" bezeichnet sowohl die vernetzbaren Materialien, welche aushärtbar sind und damit die Strukturelemente bilden, als auch andere Materialien, die zur Herstellung des jeweiligen Strukturelements am Portionierungspunkt zur Verfügung stehen sollen . Combine different embodiments differently with one another, insofar as this appears reasonable and suitable for an application. The term “printing material” used for the invention denotes both the crosslinkable materials which are curable and thus form the structural elements, as well as other materials which are available for producing the respective structural element at the portioning point should .
Der Begriff „ortsselektiv" bezeichnet hinsichtlich The term "location-selective" refers to
Materialauftrag und Beleuchtung ein Ausbringen des Material application and lighting an application of the
Druckmaterials und eine Beleuchtung zur Verfestigung des Druckmaterials, welche in Bezug auf die Lage gezielt Printing material and lighting to solidify the printing material, which is targeted in relation to the location
variierbar ist und deren Ausdehnung auf ein Maß beschränkbar ist, welches mit den herzustellenden Strukturelementen als den kleinsten Einheiten der 3D-Struktur korreliert. Die Variabilität der Lage schließt ein, dass eine can be varied and its extent can be limited to a dimension that correlates with the structural elements to be produced as the smallest units of the 3D structure. The variability of the situation includes that one
Relativbewegung zwischen dem betreffenden Materialausgang bzw. dem Strahlungsausgang der Emissionseinheit und der 3D- Struktur bzw. der Haltevorrichtung der 3D-Struktur Relative movement between the relevant material outlet or the radiation outlet of the emission unit and the 3D structure or the holding device of the 3D structure
realisierbar ist. Die ortsselektive Ausbringung eines is feasible. The site-selective application of a
Druckmateriales schließt auch ein, dass die damit gebildete Materialportion aufgrund einer Mischung beider Printing material also includes that the portion of material formed is due to a mixture of both
Druckmaterialien eine größere Ausdehnung hat. als der Print materials has a larger expansion. as the
Fokuspunkt . Focus point.
Der Begriff „pastös" wird in Bezug auf die Erfindung The term "pasty" is used in relation to the invention
dahingehend verstanden, dass ein Material dickflüssig, breiig bis pastenartig ist, so dass das Material fließfähig ist und unter Druckbeaufschlagung mittels Leitungen und Düsen des Materialzufuhr und Materialableitung understood to mean that a material is viscous, pasty to paste-like, so that the material is flowable and under pressure by means of lines and nozzles of the material supply and discharge
transportierbar und als Portion ausbringbar sowie ableitbar ist. Die Viskosität der verwendeten pastösen Materialien kann in Abhängigkeit von der Größe der Strukturelemente und der verwendbaren Drücke und Flussgeschwindigkeiten für die Zu- und Ableitung im Bereich von 1 bis 500 mPa s, bevorzugt im Bereich von 1 bis 250 mPa s, weiter bevorzugt im Bereich von 1 bis 150 mPa s, weiter bevorzugt im Bereich von 1 bis 100 mPa s liegen. Damit können Flussgeschwindigkeiten des Materials von kleiner 1 ml/min erzielt werden. can be transported and dispensed as a portion and can be derived. The viscosity of the pasty materials used, depending on the size of the structural elements and the pressures and flow rates that can be used for the supply and discharge, can be in the range from 1 to 500 mPa s, preferably in the range from 1 to 250 mPa s, more preferably in the range of 1 to 150 mPa s, more preferably in the range from 1 to 100 mPa s. This allows flow velocities of the Material of less than 1 ml / min can be achieved.
Die Ausbildung einer Materialportion erfolgt auf der A portion of material is formed on the
Oberfläche eines Substrats, wobei das Substrat ein Surface of a substrate, the substrate being a
hinsichtlich Material und Gestalt auf das jeweilige in terms of material and shape to the respective
Verfahren abgestimmtes Trägersubstrat sein kann oder ein zuvor mit dem Druckverfahren oder einem anderen Process can be matched carrier substrate or a previously with the printing process or another
vorangegangenen Verfahren erzeugte Struktur sein kann. previous process generated structure can be.
Letztere kann Substruktur einer mittels des Druckverfahrens herzustellenden Struktur sein. Der durch die ortsselektive und dosierbare Materialzufuhr und die optische Ausrichtung und Fokussierung auf die The latter can be a substructure of a structure to be produced by means of the printing process. The location-selective and meterable material feed and the optical alignment and focus on the
Materialportion bzw. die Inspektion definierte Punkt auf dem Substrat soll in Bezug auf die Vorrichtung als Arbeitspunkt bezeichnet sein. Mit Bezug auf die Verfahren, in denen dort eine Portion des Druck- und/oder Inspektionsmaterials erzeugt wird, ist dieser hier auch als Portionierungspunkt bezeichnet. Mit Bezug auf die Herstellung der Druckportion eines einzelnen Strukturelements einer dreidimensionalen Struktur stellt der „Portionierungspunkt" jenen räumlich ausgedehnten Bereich oder „Druckpunkt" dar, in welchem ein Strukturelement gedruckt wird. Es ist augenscheinlich, dass die Größe des tatsächlichen Fokuspunkts der Strahlung nicht mit der Größe des Portionierungspunktes übereinstimmen muss. The material portion or the point on the substrate defined by the inspection should be referred to as the working point in relation to the device. With reference to the method in which a portion of the printing and / or inspection material is produced there, this is also referred to here as the portioning point. With regard to the production of the print portion of an individual structural element of a three-dimensional structure, the “portioning point” represents that spatially extended area or “printing point” in which a structural element is printed. It is evident that the size of the actual focal point of the radiation does not have to correspond to the size of the portioning point.
In Analogie dazu ist der „Inspektionspunkt" jener Punkt, auf welchen die Beobachtung gerichtet und fokussiert ist und welcher innerhalb der Portion des Inspektionsmediums liegt. In analogy to this, the "inspection point" is that point on which the observation is directed and focused and which lies within the portion of the inspection medium.
Eine Vorrichtung zur Behandlung oder Beobachtung eines A device for treating or observing a
Materials nach einem solchen Konzept umfasst eine Materials according to such a concept include a
Materialzufuhr mit zumindest einem Materialausgang, regelmäßig einen für jedes verwendete Material. Ein Material supply with at least one material outlet, regularly one for each material used. A
verwendetes Material kann auch eine Materialzusammensetzung sein, bestehend aus einer Mischung mehrerer Materialien, die bereits vor der Zuführung zum Arbeitspunkt als Mischung vorliegt. Diese kann im Verlauf des Verfahrens unverändert bleiben oder am Arbeitspunkt anderen Materialien zugemischt werden . The material used can also be a material composition consisting of a mixture of several materials that is already present as a mixture before being fed to the operating point. This can remain unchanged in the course of the process or can be mixed with other materials at the operating point.
Bevorzugt sind zwei, drei oder mehr Materialausgänge Two, three or more material outlets are preferred
angeordnet, Die Materialausgänge sind entsprechend der arranged, the material outlets are according to the
Konsistenz der Materialien derart ausgebildet, dass sie eine ortsselektive, dosierbare Zufuhr der Materialien zum The consistency of the materials is designed in such a way that it enables a location-selective, metered supply of the materials to the
Arbeitspunkt gestatten. Die ortsselektive Ausbringung schließt ein, dass der jeweilige Materialausgang in der Nähe des Arbeitspunktes positionierbar ist und dass der Allow working point. The location-selective application includes that the respective material outlet can be positioned in the vicinity of the working point and that the
Fokuspunkt einer optischen Einheit der Vorrichtung innerhalb der ausgebrachten Druckportion liegt. The focal point of an optical unit of the device lies within the applied pressure portion.
Die Vorrichtung umfasst weiter eine Materialableitung mit zumindest einem Materialeingang. Der zumindest eine The device further comprises a material discharge with at least one material inlet. At least one
Materialeingang ist entsprechend der erwarteten Konsistenz des Materials am Arbeitspunkt derart ausgebildet, dass eine ortsselektive Materialableitung des flüssigem bis pastösem Material vom Arbeitspunkt erfolgen kann. Auch hier schließt die ortsselektive Ableitung wiederum ein, dass der The material inlet is designed according to the expected consistency of the material at the working point in such a way that the liquid to pasty material can be diverted from the working point in a location-selective manner. Here, too, the location-selective derivation includes the
Materialausgang in der Nähe des Arbeitspunkts positionierbar ist. Die Position muss so nah am Arbeitspunkt liegen, dass das nicht mehr benötigte Material abgeleitet werden kann. Beim Druckverfahren ist das jenes nicht verfestigte Material outlet can be positioned near the working point. The position must be so close to the working point that the material that is no longer required can be diverted. In the printing process, that is the one that is not solidified
Material, welches das Strukturelement umgibt, beim Material surrounding the structural element when
Inspektionsverfahren das aktuell nicht mehr benötigte Inspection procedure that is currently no longer required
Inspektionsmedium. Zumindest ein Materialausgang der Materialzufuhr und/oder zumindest ein Materialeingang der Materialableitung können am Strahlungsausgang bzw. am Objektiv montiert sein. Auf diese Weise ist die Materialportion, d. h. die Portion der Druckmaterialien bzw. die Portion des Inspektionsmediums, präzise zu portionieren und/oder die Materialableitung besonders effektiv zu gestalten, da der Materialeingang ebenfalls in der betreffenden Portion oder zumindest in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet ist. Auch diese Inspection medium. At least one material outlet of the material supply and / or at least one material inlet of the material discharge can be mounted on the radiation outlet or on the objective. In this way, the material portion, ie the portion of the printing materials or the portion of the inspection medium, can be precisely portioned and / or the material discharge can be designed particularly effectively, since the material inlet is also arranged in the relevant portion or at least in its immediate vicinity. This too
Maßnahme verbessert und beschleunigt die Materialableitung. Alternativ können zumindest ein Materialausgang und/oder ein Materialeingang, auch ohne den Effekt der Immersion, am Strahlungsausgang der Strahlungsquelle montiert sein, mit den zuvor beschriebenen Vorteilen. Measure improves and accelerates the discharge of material. Alternatively, at least one material outlet and / or one material inlet, even without the effect of immersion, can be mounted at the radiation outlet of the radiation source, with the advantages described above.
Der jeweils gewünschte Effekt kann für verschiedene Größen der Materialportion erzielt werden, wenn der zumindest eine Materialeingang und/oder ein Materialausgang lösbar oder variabel positionierbar oder auf beide Arten am Objektiv montiert sind. Damit ist die Vorrichtung mit verschiedenen und mehreren Materialausgängen und Materialeingängen zu bestücken und kann beispielsweise als Druckkopf ausgebildet sein, welcher die für den Druck eines Typs eines The effect desired in each case can be achieved for different sizes of the material portion if the at least one material inlet and / or one material outlet can be detachably or variably positioned or mounted on the lens in both ways. Thus, the device can be equipped with different and several material outlets and material inlets and can be designed, for example, as a print head which is used for printing one type of
Strukturelements oder der gesamten dreidimensionalen Structural element or the entire three-dimensional
Struktur erforderlichen Strahlungs- und Materialkomponenten aufweist . Has structure required radiation and material components.
Um die beschriebenen Materialvariationen ausführen zu können, steht die Materialzufuhr mit zumindest einem ersten Reservoir eines ersten Materials in Verbindung, In order to be able to carry out the material variations described, the material supply is connected to at least one first reservoir of a first material,
Gegebenenfalls kann die Materialzufuhr mit einem zweiten Reservoir des zweiten Materials und weiteren Reservoirs in Verbindung stehen. Im Fall des Druckverfahrens ist das erste Material ein photovernetzbares Druckmaterials, im Fall des Inspektionsverfahrens ist das ein Inspektionsmedium. Mittels geeigneter fluidischer Bauelemente können die Materialien vom Reservoir zum Arbeitspunkt befördert werden. If necessary, the material supply with a second reservoir of the second material and further reservoirs in Connected. In the case of the printing process, the first material is a photo-crosslinkable printing material; in the case of the inspection process, this is an inspection medium. The materials can be conveyed from the reservoir to the working point by means of suitable fluidic components.
Die Vorrichtung umfasst weiter eine optische Einheit. Bei einer Druckvorrichtung ist das eine Emissionseinheit und bei einer Inspektionsvorrichtung eine Inspektionseinheit, beispielsweise ein Mikroskop oder, eine Kamera. Beide The device further comprises an optical unit. In the case of a printing device, this is an emission unit and, in the case of an inspection device, an inspection unit, for example a microscope or a camera. Both
Einheiten können auch in einer optischen Einheit miteinander kombiniert werden. Units can also be combined with one another in one optical unit.
Eine Emissionseinheit weist zumindest eine Strahlungsquelle auf, die ausgebildet ist für die Erzeugung An emission unit has at least one radiation source which is designed for generation
elektromagnetischer Strahlung, welche die erforderliche Strahlungsintensität im Fokuspunkt liefert. Derzeit sind insbesondere Laserquellen geeignet. Mit der fortschreitenden Entwicklung von Strahlungsquellen können jedoch auch andere Strahlungsquellen zur Verfügung stehen. electromagnetic radiation, which provides the required radiation intensity in the focus point. Laser sources in particular are currently suitable. However, as the development of radiation sources progresses, other radiation sources may also become available.
Die optische Einheit umfasst Mittel zur Ausrichtung und Fokussierung der erzeugten Strahlung auf einen The optical unit comprises means for aligning and focusing the generated radiation on one
Portionierungspunkt bzw. der vom Inspektionspunkt Portioning point or that of the inspection point
einfallenden (empfangenen) Strahlung auf die incident (received) radiation on the
Inspektionseinheit. Solche zur Weiterleitung, Umlenkung, Filterung und Fokussierung der Strahlung geeignete Mittel sind optische Bauelemente, wie beispielsweise Spiegel,Inspection unit. Such means suitable for forwarding, deflecting, filtering and focusing the radiation are optical components, such as mirrors,
Linsen, Kollimatoren, Lichtleiter und andere. Diese sollen hier zusammenfassend für beide Vorrichtungsvarianten als Objekt bezeichnet sein. Lenses, collimators, light guides and others. These are to be referred to here as a summary for both device variants as an object.
Entsprechend einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist das Objektiv der optischen Einheit mit solch einem Abstand zum Portionierungspunkt positionierbar, dass der According to one embodiment of the device that is Objective of the optical unit can be positioned at such a distance from the portioning point that the
Strahlungsausgang bzw. Strahlungseingang innerhalb der Radiation output or radiation input within the
Materialportion liegt, welche mittels der Materialzufuhr am Arbeitspunkt erzeugbar ist. Eine solche Ausgestaltung stellt Anforderungen hinsichtlich der Größe des Strahlungsausganges und bewirkt, dass die dem Arbeitspunkt zugewandte Oberfläche des Objektivs zum Zeitpunkt der Emission in physischem Material portion lies, which can be generated by means of the material supply at the working point. Such a configuration makes requirements with regard to the size of the radiation exit and has the effect that the surface of the objective facing the working point is physically
Kontakt mit einer Materialportion steht. Auf diese Weise werden die Strahlung reduzierende Grenzflächen vermieden. Zudem werden die Materialzufuhr und die Materialableitung sehr nah an den Fokuspunkt der Strahlungsquelle Is in contact with a portion of material. In this way, the radiation-reducing interfaces are avoided. In addition, the material supply and the material discharge are very close to the focal point of the radiation source
herangebracht. Dadurch sind sehr kurze Totzeiten und brought up. This results in very short dead times and
schnelle Materialwechsel möglich. quick material changes possible.
Infolge dieser Ausführung der Vorrichtung als As a result of this design of the device as
Immersionsvorrichtung kann der Bauraum zwischen Immersion device, the space between
Strahlungsausgang bzw. Strahlungseingang und Arbeitspunkt soweit vergrößert werden, wie es eine begrenzt herstellbare Portion eines Druckmaterials gegebenenfalls mit ergänztem Inspektionsmedium zulässt. Weiterhin ist die Freiheit der verwendbaren Materialien und Geometrien wesentlich Radiation output or radiation input and working point are enlarged to the extent that a portion of a print material that can be produced to a limited extent, possibly with a supplemented inspection medium, allows. Furthermore, the freedom of the materials and geometries that can be used is essential
verbessert. Es kann auf solchen Materialien und/oder improved. It can be based on such materials and / or
Geometrien von Substraten, Trägersubstraten oder bereits hergestellten Strukturen, gedruckt werden, die eine Geometries of substrates, carrier substrates or structures that have already been produced, are printed that have a
Benetzung mit dem Druckmaterial zulassen. Ist die Allow wetting with the printing material. Is the
Vorrichtung mittels einer geeigneten Device by means of a suitable
Positionierungsvorrichtung dreidimensional zuzüglich Positioning device three-dimensional plus
Winkelausrichtung beweglich, kann der Druck auch auf Angular orientation movable, the pressure can also be on
Freiformoberflächen, beispielsweise auf optischen Freeform surfaces, for example on optical
Faserwellenleitern, erfolgen. Entsprechend einer Ausgestaltung der Vorrichtung kann jene Oberfläche des Objektivs, welche mit einem der zugeführten flüssigen oder pastösen Materialien während oder infolge der Zufuhr in physischen Kontakt kommt, Hilfsmittel zur Fiber waveguides. According to one embodiment of the device, that surface of the objective which comes into physical contact with one of the supplied liquid or pasty materials during or as a result of the supply can be used as an aid
Positionierung des Materials zwischen dem Objektiv und dem Substrat aufweisen. Die vom Druck- und/oder Have positioning of the material between the lens and the substrate. The from printing and / or
Inspektionsmaterial benetzte Oberfläche ist regelmäßig die Unterseite des Objektivs. Die Positionierungsmittel dienen der gezielten Zuführung der Materialien in den Zwischenraum, der in Abhängigkeit von der herzustellenden oder zu Inspection material wetted surface is regularly the bottom of the lens. The positioning means are used for the targeted feeding of the materials into the intermediate space, depending on the space to be produced or to
inspizierenden Struktur sehr klein sein kann. Solche inspecting structure can be very small. Such
Positionierungshilfen können Kanäle sein, offene oder teileweise geschlossene, oder andere Vertiefungen oder Positioning aids can be channels, open or partially closed, or other recesses or
Hohlräume, deren Lage bzw. Richtung sowie deren Größe an die jeweils herzustellende Materialportion und deren Position angepasst sind. Cavities, their position or direction and their size are adapted to the respective material portion to be produced and their position.
Solche Kanäle, Vertiefungen, Hohlräume oder ähnliches können beispielsweise in einem an das Objektiv anbringbaren, beispielsweise plattenförmigen, Adapter ausgebildet sein, der selbst Teil der Positionierungsmittel ist. Such channels, depressions, cavities or the like can be formed, for example, in an adapter, for example plate-shaped, which can be attached to the objective and which is itself part of the positioning means.
Die Gestaltung eines solchen Adapters kann entsprechend verschiedener Anforderungen, wie beispielsweise der The design of such an adapter can be according to various requirements, such as the
Eigenschaften des zugeführten Materials, der Gestalt und der Abmessungen der benötigten Volumina, der Anforderungen durch das Objektiv, der gewünschten Portionsgröße und anderen, variieren. Sofern ein Kanal oder anders geformtes Properties of the material supplied, the shape and dimensions of the volumes required, the requirements of the objective, the desired portion size and others vary. Unless a channel or otherwise shaped
Positionierungsmittel geschlossen ist, trifft das nur auf Bereiche abseits des Arbeitspunktes zu. Im Bereich des Positioning means is closed, this only applies to areas away from the working point. In the area of
Arbeitspunktes selbst ist dessen fluidisches System offen. The fluidic system of the operating point itself is open.
Augenscheinlich sind die Positionierungsmittel derart ausgebildet und angeordnet, dass deren Kontakt mit dem Apparently the positioning means are like that formed and arranged that their contact with the
Trägersubstrat zumindest im Bereich des Arbeitspunktes während der Verwendung der Vorrichtung vermieden wird, um Schädigungen des Substrats bzw. des Objekts zu vermeiden.Carrier substrate is avoided at least in the area of the working point during use of the device in order to avoid damage to the substrate or the object.
Ein Positionierungsmittel unterstützt lediglich den A positioning means only supports that
Materialfluss . Material flow .
Auch Oberflächenbehandlungen oder Oberflächenbeschichtungen sind geeignet, beispielsweise indem diese die Benetzung verbessern. Im Umkehrschluss können diese Surface treatments or surface coatings are also suitable, for example by improving wetting. Conversely, these can
Positionierungshilfen ebenso die Materialableitung Positioning aids as well as the material drainage
unterstützen oder eine unerwünschte Ausdehnung der support or unwanted expansion of the
Materialportion verhindern. Sofern Materialportionen im Mikro- und Nanometerbereich herzustellen sind, sind Art,Prevent material portion. If material portions in the micro- and nanometer range are to be produced, the type
Lage und Dimensionierung solcher mikrofluidischen Mittel entsprechen angepasst. Die Positionierungshilfen für die Zu- und Ableitung des Materials sind zudem geeignet den The position and dimensions of such microfluidic means are adapted accordingly. The positioning aids for the supply and discharge of the material are also suitable
Materialeinsatz zu reduzieren, indem das Material gezielt zum Einsatzort geleitet wird. Reduce the use of materials by directing the material specifically to the place of use.
Aufgrund der mit der Vorrichtung auch herstellbaren Mikro- und Submikrostrukturen können, entsprechend einer Due to the micro- and sub-microstructures that can also be produced with the device, according to a
Ausgestaltung der Vorrichtung, die Materialzufuhr und die Materialableitung mikrofluidische Bauelemente aufweisen, wie beispielsweise Düsen, Kanäle, Ventile, Wandungsstrukturen, Pumpen und andere. Die Mikrofluidik ist ein spezielles Fachgebiet der Fluidik und befasst sich mit dem Verhalten, der präzisen Steuerung und Manipulation von Flüssigkeiten auf engstem Raum und kleinster Volumina, typischerweise im Submillimeterbereich. In diesem Größenbereich spielen andere physikalische Gesetze eine Rolle als in der Makrofluidik . Je kleiner die Abmessungen, desto größer ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Kapillarkräfte und Design of the device, the material supply and the material discharge have microfluidic components, such as nozzles, channels, valves, wall structures, pumps and others. Microfluidics is a special field of fluidics and deals with the behavior, precise control and manipulation of liquids in the smallest of spaces and very small volumes, typically in the sub-millimeter range. In this size range, different physical laws play a role than in macrofluidics. The smaller the dimensions, the greater the ratio of Surface to volume. Capillary forces and
Oberflächenladungen dominieren über die Gravitation und ermöglichen andere Flüssigkeitsantriebe. Außerdem Surface charges dominate over gravity and enable other fluid drives. Furthermore
ermöglichen kleine Kanäle wirbelfreie Strömungen. Aufgrund dieser Vorteile unterstützen die mikrofluidischen small channels enable eddy-free flows. Because of these advantages, the microfluidic support
Bauelemente die dosierte Materialzufuhr und den Abtransport von Materialresten. Diese Effekte können in gleicher Weise für die Zu- und Ableitung sowohl von Druckmaterialien als auch von Immersionsmedien genutzt werden. Components the dosed material supply and the removal of material residues. These effects can be used in the same way for the supply and discharge of printing materials as well as immersion media.
Die beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung, sind als komplexe Komponenten an eine bestehende Vorrichtung, The described configurations of the device are as complex components to an existing device,
insbesondere als Druckkopf an eine Druckvorrichtung oder als Inspektionskopf an eine Inspektionsvorrichtung, adaptierbar, mit welchen vergleichbare Materialmengen verarbeitet werden, es aber keine Einschränkungen gegenüber dem bekannten Druck oder Inspektionsprozess gibt. in particular as a print head on a printing device or as an inspection head on an inspection device, adaptable, with which comparable amounts of material are processed, but there are no restrictions compared to the known printing or inspection process.
Eine solche Vorrichtung, welche die jeweils beschriebene Kopfeinheit aufweist, umfasst ergänzend eine Such a device, which has the head unit described in each case, additionally comprises a
Haltevorrichtung, die ausgebildet ist zur Halterung der dreidimensionalen Struktur im Verlauf seiner Herstellung und/oder seiner Inspektion. Eine solche Haltevorrichtung ist regelmäßig eine Arbeitsplattform, die gegebenenfalls eine seitliche Begrenzung aufweisen kann. Holding device which is designed to hold the three-dimensional structure in the course of its manufacture and / or its inspection. Such a holding device is usually a work platform, which can optionally have a lateral boundary.
Eine Positionierungsvorrichtung der Vorrichtung ist A positioning device of the device is
ausgebildet zur Positionierung der optischen Einheit, der Materialausgänge, der Materialeingänge und der designed for positioning the optical unit, the material outlets, the material inlets and the
Haltevorrichtung relativ zueinander. Dabei hängt es von verschiedenen Bedingungen ab, wie der herzustellenden bzw. zu inspizierenden Struktur, der Gestaltung der Holding device relative to each other. It depends on various conditions, such as the structure to be produced or inspected, the design of the
Materialzufuhr und Materialableitung, der verwendeten Materialien und anderen, welche der Komponenten bewegt wird. Im Ergebnis ist es erforderlich, sowohl den Arbeitspunkt als auch die Orte der Materialzufuhr und Materialableitung Material feed and material discharge, the one used Materials and other which of the components is moved. As a result, it is necessary both the working point and the locations of material supply and material discharge
Schritt für Schritt mit der gewünschte Präzision und Step by step with the desired precision and
Schrittlänge relativ zur Struktur neu zu positionieren. Die Positionierungsvorrichtung greift dazu auf die jeweils zu bewegenden Komponenten zu, welche die dafür möglichen Reposition stride relative to structure. For this purpose, the positioning device accesses the components to be moved in each case, which are the possible ones
Bewegungsfreiheiten aufweisen. Sind Materialausgang bzw. Materialausgänge und Materialeingang bzw. Materialeingänge mit der Strahlungsquelle bzw. dem Objektiv derart verbunden, dass sie Teil einer Kopfeinheit sind, werden die Kopfeinheit und die Haltevorrichtung relativ zueinander positioniert. Have freedom of movement. If the material output or material outputs and material input or material inputs are connected to the radiation source or the objective in such a way that they are part of a head unit, the head unit and the holding device are positioned relative to one another.
Die zeitlich und räumliche exakte Positionierung, die The exact positioning in time and space that
Steuerung der Emissionseinheit, einschließlich deren Control of the emission unit, including its
Strahlungsquelle, bzw. der Inspektionseinheit sowie die Steuerung der Materialzufuhr und der Materialableitung werden mittels einer Steuereinheit ausgeführt. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit mit den betreffenden Komponenten der Vorrichtung kommunikativ verbunden. The radiation source or the inspection unit as well as the control of the material supply and the material discharge are carried out by means of a control unit. For this purpose, the control unit is communicatively connected to the relevant components of the device.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Vorrichtungen so konzipiert sind, dass auch sehr kleine Materialvolumina verarbeitet werden können. Dadurch können die In summary, it can be stated that the devices are designed in such a way that even very small volumes of material can be processed. This allows the
Austauschzeiten für die Materialen extrem kurzgehalten werden. Der gleiche konstruktive Aufbau erlaubt es, Exchange times for the materials are kept extremely short. The same structural design allows
dynamisch die Konzentration von Materialien während deren Verarbeitung bzw. Verwendung zu variieren, Dabei kann die Vorrichtung auch ohne weiteres an verschiedenste Systeme adaptiert werden. to dynamically vary the concentration of materials during their processing or use. The device can also be easily adapted to a wide variety of systems.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann mit der The device described above can with the
entsprechenden Ausführungsform für verschiedene Verfahren verwendet werden. Entsprechend einer ersten Verwendung einer zum Mehrphotonendruck ausgeführten Vorrichtung werden dreidimensionale Strukturen hergestellt, indem eine corresponding embodiment for different processes be used. According to a first use of a device designed for multiphoton printing, three-dimensional structures are produced by using a
Materialportion auf einem geeigneten Substrat erzeugt und deren Polymerisation mittels elektromagnetischer Strahlung initiiert wird. Durch vielmalige Wiederholung der Erzeugung eines solchen Strukturelements in der gewünschten Material portion is generated on a suitable substrate and the polymerization is initiated by means of electromagnetic radiation. By repeating the creation of such a structural element many times in the desired
Relativposition zueinander entsteht die dreidimensionale Struktur . The three-dimensional structure is created relative to one another.
Zur Ausführung des Druckverfahrens wird Druckmaterial, von dem zumindest das erste photovernetzbar ist, bereitgestellt, und jeweils eine Portion davon dem gewünschten Ort, d. h. ortsselektiv, zugeführt. Auf die so gebildete Druckportion wird die elektromagnetische Strahlung der Strahlungsquelle fokussiert . To carry out the printing process, printing material, at least the first of which is photocrosslinkable, is provided, and a portion of it is transferred to the desired location, i.e. H. location-selective, supplied. The electromagnetic radiation from the radiation source is focused on the pressure portion thus formed.
Erfindungsgemäß werden zumindest ein Druckmaterial, According to the invention, at least one printing material,
bevorzugt zwei oder mehr Druckmaterialien zur Bildung einer Druckportion verwendet. Aufgrund der Photovernetzbarkeit des zumindest einen, d. h. des ersten Druckmaterials wird nach Fertigstellung der jeweiligen Druckportion diese mittels der Emissionseinheit ortsselektiv während eines preferably two or more printing materials are used to form a printing portion. Due to the photocrosslinkability of the at least one, i. H. of the first print material is after completion of the respective print portion, this is location-selective by means of the emission unit during a
Strahlungsintervalls beleuchtet und infolgedessen in einem solchen Umfang verfestigt, dass ein Strukturelement Radiation interval illuminated and consequently solidified to such an extent that a structural element
ausgebildet wird. is trained.
Eine solche Materialzufuhr schließt auch die Verwendung von zwei oder mehr photovernetzbaren Materialien in einer Such material delivery also includes the use of two or more photocrosslinkable materials in one
Druckportion ein. Alternativ oder ergänzend kann ein Pressure portion. Alternatively or in addition, a
Druckmaterial ein weiteres photovernetzbares Druckmaterial sein, welches eine vom ersten Druckmaterial abweichende Photosensibilität aufweist. Alternativ kann das zweite Druckmaterial ein Stoff sein, welcher die physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise die optischen, elektrischen, magnetischen oder mechanischen Eigenschaften, oder die chemischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Kompatibilität gegenüber anderen Printing material can be a further photocrosslinkable printing material which has a photosensitivity that differs from the first printing material. Alternatively, the second printing material can be a substance that has the physical properties, such as, for example, the optical, electrical, magnetic or mechanical properties, or the chemical properties, such as, for example, the compatibility with others
Stoffen, beeinflusst. Solche Stoffe sind beispielsweise Füllstoffe oder Dotierungsmittel oder andere geeignete Fabrics. Such substances are, for example, fillers or dopants or other suitable ones
Additive. Die Verwendung von photoaktivierbaren Additives. The use of photoactivatable
Druckmaterialien, welche unter Beleuchtung ihre Printing materials that are under lighting
Bindungseigenschaften ändern oder durch Photozersetzung als neue Druckmaterialien zur Verfügung stehen, bietet weitere Variationsmöglichkeiten in der Druckportion. Changing binding properties or making them available as new printing materials through photodecomposition offers further possibilities for variation in the print portion.
Auch die Zufuhr von Hilfsmitteln, wie Spülmittel, The supply of aids such as washing-up liquid,
Lösemittel, Haftvermittler oder anderen sind möglich und soll in den Begriff des Druckmaterials einbezogen sein. Solvents, adhesion promoters or others are possible and should be included in the term “printing material”.
Beispielsweise kann ein Lösemittel zugeführt werden, welches nicht vernetztes Material auswäscht, bevor neues oder anderes Material eingebracht wird. So können auch nicht mischbare Materialien miteinander kombiniert werden. Die Spülung mit einem die Haftung des aufbauenden Druckmaterials verbessernden Hilfsmaterials in einem Zwischenschritt ist ebenso möglich. For example, a solvent can be added which washes out uncrosslinked material before new or different material is introduced. In this way, immiscible materials can also be combined with one another. Rinsing with an auxiliary material that improves the adhesion of the building-up printing material in an intermediate step is also possible.
Nach Beendigung der Beleuchtung am jeweiligen After finishing the lighting on the respective
Portionierungspunkt wird dort verbliebenes, Portioning point is left there
nichtverfestigtes Material der Druckportion auf geeignete Weise abgeleitet, beispielsweise mittels Absaugen. Auf diese Weise kann am benachbarten nächsten Portionierungspunkt ein gewünschtes abweichendes Druckmaterial oder eine gewünschte abweichende Materialzusammensetzung der Druckportion non-solidified material of the pressure portion derived in a suitable manner, for example by suction. In this way, a desired different printing material or a desired different material composition of the printing portion can be used at the next next portioning point
zugeführt werden. Indem entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens gleichzeitig das verbliebene, alte, Material abgeleitet und neues Material dem benachbarten nächsten Portionierungspunkt zugeführt wird, kann die Wartezeit zwischen den are fed. By simultaneously diverting the remaining old material and feeding new material to the next adjacent portioning point in accordance with one embodiment of the method, the waiting time between the
Strahlungsintervallen weiter verkürzt werden. Zudem Radiation intervals can be further shortened. In addition
gestattet die gleichzeitige Materialzu- und Materialabfuhr, dass mittels des Verhältnisses zwischen Materialzufuhr und Materialableitung die Materialmenge des jeweiligen allows the simultaneous material supply and material removal that by means of the relationship between material supply and material discharge, the amount of material of the respective
Druckmaterials fließend variiert werden kann. Auch eine kontinuierliche Materialzufuhr ist möglich. Print material can be varied fluently. A continuous supply of material is also possible.
Die Verfahrensschritte von Materialzufuhr, Beleuchtung der Druckportion und Materialableitung werden an weiteren The process steps of material supply, illumination of the pressure portion and material discharge are further
Portionierungspunkten vielfach wiederholt, und so sukzessive die dreidimensionale Struktur aufgebaut. Die Abfolge der räumlichen Lage der Portionierungspunkte wird dabei durch eine geeignete Steuereinheit vorgegeben, beispielsweise durch einen CAD-Datensatz , und der beschriebene Portioning points are repeated many times, building up the three-dimensional structure successively. The sequence of the spatial position of the portioning points is specified by a suitable control unit, for example by a CAD data set and the one described
Verfahrensschritt an jedem Portionierungspunkt mit der jeweils gewünschten Materialzusammensetzung ausgeführt. Die jeweils benötigte Materialzusammensetzung kann durch eine oder mehrere der folgenden Änderungen zur jeweils vorherigen Zusammensetzung erzielt werden: Process step carried out at each portioning point with the respectively desired material composition. The required material composition can be achieved by one or more of the following changes to the previous composition:
- Verwendung eines ersten Druckmateriales, welches sich vom vorherigen unterscheidet; - Use of a first printing material that is different from the previous one;
- Verwendung eines oder mehrerer weiterer - Use of one or more others
Druckmaterialien, welche photovernetzbar sind; Printing materials that are photocrosslinkable;
- Verwendung eines oder mehrerer weiterer - Use of one or more others
Druckmaterialien, welche nicht photovernetzbar sind; Printing materials that are not photocrosslinkable;
- Änderung der Anteile (Volumen- oder Gewichtsprozent) von einem oder mehr in das Strukturelement eingehenden Druckmaterialien in der Mischung der Druckportion, wobei die Gesamtmenge der Mischung der Druckportion erhalten oder geändert werden kann; - Change in proportions (volume or weight percent) of one or more printing materials going into the structural element in the mixture of the printing portion, wherein the total amount of the mixture of the printing portion can be maintained or changed;
- Ergänzung eines weiteren photovernetzbaren - Addition of another photo crosslinkable
Druckmaterials unter Änderung oder Erhaltung des Printing material with change or maintenance of the
Anteils (Volumen- oder Gewichtsprozent) des zweiten Druckmaterials zur Gesamtmenge der Mischung der Proportion (volume or weight percent) of the second printing material to the total amount of the mixture of
Druckportion . Weitere Varianten zur Zusammensetzung der Druckportionen sind möglich. Von Vorteil ist beispielsweise, dass ohne Materialaustausch sondern allein durch dynamische Variation der Konzentration von Füllstoffen innerhalb der Pressure portion. Further variants for the composition of the print portions are possible. It is advantageous, for example, that without material exchange but solely through dynamic variation of the concentration of fillers within the
Materialzusammensetzung Eigenschaften wie optischer Material composition properties such as optical
Brechungsindex, Magnetisierungsstärke, Farbgebung, Refractive index, magnetization strength, coloring,
Fluoreszenz, Schrumpf- und Quellverhalten etc. variiert werden können. Auch Gradienten, d. h. eine gleichmäßige oder nahezu gleichmäßige, auch schrittweise Änderung einer Fluorescence, shrinkage and swelling behavior, etc. can be varied. Gradients, i.e. H. a steady or almost steady, also gradual change of a
Eigenschaft, sind in der Struktur herstellbar. Sofern die Änderung der Materialzusammensetzung auch eine Änderung der Strahlungsparameter erfordert, wird diese augenscheinlich am betreffenden Portionierungspunkt Property can be produced in the structure. If the change in the material composition also requires a change in the radiation parameters, this will be evident at the relevant portioning point
adaptiert . adapted.
Entsprechend der oben dargelegten verschiedenen According to the various outlined above
Verwendbarkeit der am jeweiligen Portionierungspunkt Usability of the at the respective portioning point
zugeführten Druckmaterialien ist es augenscheinlich, dass insbesondere die Verfahrensschritte der Materialzufuhr, Materialableitung und Beleuchtung in verschiedener supplied printing materials, it is evident that in particular the process steps of material supply, material discharge and lighting in different
Reihenfolge erfolgen kann. Auch Zwischenschritte, in welcher beispielsweise keine Beleuchtung erfolgt, wie bei einer ortsselektiven Spülung oder anderem, sind möglich. Order can be done. Also intermediate steps in which For example, there is no lighting, as is the case with a location-selective flushing or something else are possible.
Von Vorteil erweist es sich bei dem punktweisen Aufbau der dreidimensionalen Struktur unter Verwendung der It has proven to be advantageous in the point-wise construction of the three-dimensional structure using the
beschriebenen Druckmaterialien und mittels ortsselektiver Materialzufuhr, ortsselektiver Materialableitung und described printing materials and by means of location-selective material supply, location-selective material discharge and
ortsselektiver Beleuchtung, dass das Druckobjekt während seiner Herstellung nicht vorzeitig austrocknet und somit ein Strukturkollaps durch Kapillarkräfte vermieden werden kann. Die hohe Strukturintegrität in jedem Zwischenschritt Location-selective lighting so that the printed object does not dry out prematurely during its production and thus a structural collapse due to capillary forces can be avoided. The high structural integrity in every intermediate step
gestattet es zudem, dass Elemente aus einem neuen Material in die bestehende Matrix aus einem ersten Material eingebaut werden können, wenn diese offenporig genug ist, um die einzubringenden Druckmaterialien aufzunehmen. Besteht die Matrix aus einem photosensiblen Material, kann das neue Material eine abweichende Photosensibilität aufweisen. Die bestehende Matrix ist in einem solchen Fall transparent für die Strahlung zur Vernetzung des neuen Materials, so dass dessen Vernetzung auch innerhalb der bestehenden Matrix erfolgen kann. It also allows elements made from a new material to be built into the existing matrix made from a first material if it is open-pored enough to accommodate the printing materials to be introduced. If the matrix consists of a photosensitive material, the new material may have a different photosensitivity. In such a case, the existing matrix is transparent to the radiation for crosslinking the new material, so that its crosslinking can also take place within the existing matrix.
Die beschriebene Materialzufuhr, Materialableitung und The described material supply, material discharge and
Beleuchtung gestattet eine Ausgestaltung des Verfahrens als Immersionsverfahren, bei welchem der Strahlungsausgang der Emissionseinheit während der Beleuchtung mit der Lighting allows the method to be designed as an immersion method, in which the radiation output of the emission unit during the illumination with the
Druckportion in physischem Kontakt steht. Ein Pressure portion is in physical contact. A
Immersionsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jene Oberfläche des Objektivs, durch welche Immersion method is characterized in that at least that surface of the lens through which
Strahlung ein- oder austritt in ein flüssiges oder pastöses Immersionsmedium soweit eintaucht, dass dieses den Raum zwischen Objektiv und Fokuspunkt ausfüllt. Durch den relativ zu Luft höheren Wert des Brechungsindexes des Radiation enters or exits in a liquid or pasty immersion medium so far that it fills the space between the objective and the focal point. By the relative higher value of the refractive index of the air
Immersionsmediums, kann eine höhere numerisch Apertur und eine höhere Auflösung des Objektivs der Emissionseinheit erzielt werden. Zu diesem Zweck taucht der Strahlungsausgang der Emissionseinheit soweit in die flüssige oder pastöse Druckportion, die damit als Immersionsmedium dient, ein, dass die der Druckportion zugewandte Oberfläche der Optik mit der Materialportion in physischem Kontakt gebracht wird, d.h. vom Material der Druckportion bedeckt ist. Immersion medium, a higher numerical aperture and a higher resolution of the objective of the emission unit can be achieved. For this purpose, the radiation output of the emission unit is immersed in the liquid or pasty pressure portion, which thus serves as an immersion medium, so that the surface of the optics facing the pressure portion is brought into physical contact with the material portion, i.e. is covered by the material of the print portion.
Entsprechend einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die dreidimensionale Struktur schichtenweise aufgebaut, wobei eine Schicht aus einer Vielzahl von Strukturelementen aufgebaut wird. Aufgrund des zuvor beschriebenen According to one embodiment of the method, the three-dimensional structure is built up in layers, with one layer being built up from a multiplicity of structural elements. Due to the previously described
Zusammenwirkens von ortsselektiver Materialzufuhr und ortsselektiver Materialableitung, kann eine Änderung der Zusammensetzung von Druckportionen sowohl innerhalb einer Schicht als auch von Schicht zu Schicht erfolgen. Somit können dreidimensionale Strukturen mit lokal frei wählbarer Materialzusammensetzung erzielt werden. The interaction of location-selective material supply and location-selective material discharge can result in a change in the composition of print portions both within a layer and from layer to layer. In this way, three-dimensional structures with a locally freely selectable material composition can be achieved.
Verfahrensseitig ist es ebenfalls möglich, dass zumindest eine Gruppe von Strukturelementen, d. h. ein In terms of the method, it is also possible that at least one group of structural elements, i. H. a
zusammenhängender Bereich innerhalb der dreidimensionalen Struktur, gebildet wird, indem als erstes Druckmaterial zumindest ein Monomer und als zweiter Druckmaterial ein Vernetzer verwendet und gedruckt werden, optional mit einer Variation der Konzentration des Vernetzers. Ein solcher Bereich kann als Opferschicht fungieren, beispielsweise als Stütz- oder Füllbereich, der später wieder aufgelöst werden kann . contiguous area within the three-dimensional structure is formed by using at least one monomer as the first printing material and a crosslinking agent as the second printing material and printing, optionally with a variation of the concentration of the crosslinking agent. Such an area can function as a sacrificial layer, for example as a support or filling area, which can later be dissolved again.
Die mit dem beschriebenen Verfahren in den genannten Ausgestaltungen herstellbare dreidimensionale Struktur weist eine Variation in der Materialzusammensetzung und/oder in den Materialeigenschaft innerhalb der Struktur auf, die sich in einer horizontalen, entsprechend dem im dreidimensionalen Raum üblicherweise verwendeten Koordinatensystem der X-Y- Ebene, und/oder in der senkrecht dazu stehenden Richtung, der Z-Richtung, d. h. innerhalb der Struktur - theoretisch betrachtet - beliebig erstrecken kann. Auch eine Variation einer oder mehrerer Materialeigenschaften innerhalb der dreidimensionalen Struktur in Form von Gradienten ist möglich . Those using the method described in the above The three-dimensional structure that can be produced has a variation in the material composition and / or in the material property within the structure, which is in a horizontal, corresponding to the coordinate system of the XY plane usually used in three-dimensional space, and / or in the direction perpendicular to it, the Z-direction, ie within the structure - viewed theoretically - can extend as desired. A variation of one or more material properties within the three-dimensional structure in the form of gradients is also possible.
Die minimalen Wartezeiten während der Materialableitung erlauben es, das Material zu wechseln und gleichzeitig, insbesondere in der Variante des Immersionsverfahrens periodische Unterstrukturen mit höchster Ortsauflösung unterhalb von 500 nm, bevorzugt kleiner als 300 nm, weiter bevorzugt kleiner als 200 nm, selbst von kleiner als 100 nm zu realisieren. Es können Unterstrukturen im The minimal waiting times during material removal allow the material to be changed and, at the same time, especially in the variant of the immersion process, periodic substructures with the highest spatial resolution below 500 nm, preferably smaller than 300 nm, more preferably smaller than 200 nm, even smaller than 100 nm to realize. Substructures in
Submikrometerbereich gedruckt werden, die aus verschiedenen Materialien bestehen. Der repetitive Charakter dieser Submicron, which are made of different materials. The repetitive nature of this
Unterstrukturen wird durch einen ständigen Wechsel des Druckmaterials unterstützt. Zusätzlich können Gradienten strukturen ausgebildet werden. In denen kann beispielsweise ein bestimmter Füllstoff möglichst dynamisch und Substructures is supported by a constant change of the printing material. In addition, gradient structures can be formed. In which, for example, a certain filler can be as dynamic and
kontinuierlich variiert werden. can be varied continuously.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind aufgrund der With the method according to the invention are due to the
Variabilität hinsichtlich des Drucks als auch der Variability in terms of pressure as well as
kombinierbaren Materialien verschiedene Bauelemente combinable materials different components
herstellbar. So sind beispielsweise Linsenstapel druckbar, die aus mehreren, optisch verschiedenen Materialien bestehen, oder Linsen, deren Brechungsindex innerhalb der Linse variiert. Das Verfahren ist auch zum Druck mechanisch aktiver Strukturen, wie beispielsweise mikromechanischer Bauelemente einsetzbar, deren Komponenten auch aus manufacturable. For example, lens stacks made from several optically different materials can be printed or lenses whose index of refraction varies within the lens. The method can also be used for printing mechanically active structures, such as micromechanical components, and their components
unterschiedlichen Materialien bestehen können. can consist of different materials.
Das beschriebene Prinzip des Druckverfahrens mittels ortsselektiver Materialzufuhr und Materialabfuhr bei fokussierter Beleuchtung lässt sich auch auf das The described principle of the printing process using location-selective material supply and material removal with focused lighting can also be applied to the
Inspektionsverfahren anwenden. Bei diesem wird ein Use inspection procedures. This will be a
geeignetes Inspektionsmedium mittels einer Materialzufuhr am Arbeitspunkt, der in diesem Fall der Inspektionspunkt ist, portioniert. Die Portionierung erfolgt in dem Umfang, dass die dem Objekt zugewandte Oberfläche des Objektivs mit dem Inspektionsmedium, welches in dieser Ausführung als suitable inspection medium by means of a material feed at the working point, which in this case is the inspection point. The portioning takes place to the extent that the surface of the lens facing the object with the inspection medium, which in this embodiment as
Immersionsmedium bezeichnet wird, in physischem Kontakt steht, d. h. aufgrund der Fokussierung des Objektivs auf den gewünschten Inspektionspunkt und der damit verbundenen Is referred to as immersion medium, is in physical contact, d. H. due to the focusing of the lens on the desired inspection point and the associated
Einstellung des Abstandes zwischen Objektiv und Adjustment of the distance between lens and
Inspektionspunkt in das Immersionsmedium eintaucht, wie oben zum Immersionsdruckverfahren beschrieben. Zum Austausch des Immersionsmediums oder nach Beendigung der Inspektion kann das Immersionsmedium mittels einer ortsselektiven The inspection point is immersed in the immersion medium as described above for the immersion printing process. To exchange the immersion medium or after the inspection has ended, the immersion medium can be used by means of a location-selective
Materialableitung entfernt werden. Material drainage must be removed.
Auch hier ist eine gute Anpassung der Eigenschaften des Immersionsmediums an die Anforderungen der Inspektion aufgrund der Variation der verwendeten Materialien, wie oben zum Druckverfahren beschrieben, möglich. Auch eine Here, too, a good adaptation of the properties of the immersion medium to the requirements of the inspection is possible due to the variation in the materials used, as described above for the printing process. Also one
Kombination beider Verfahren kann erfolgen, wenn die Both methods can be combined if the
Emissionseinheit temporär durch eine Inspektionseinheit ersetzt wird und anstelle oder ergänzend zur Druckportion eine Portion eines auf das Objektiv der Inspektionseinheit abgestimmten Immersionsmediums zugeführt wird. Es ist auch möglich, dass die Druckmaterialien an sich mit dem Emission unit is temporarily replaced by an inspection unit and instead of or in addition to the print portion a portion of an immersion medium matched to the objective of the inspection unit is supplied. It is also possible that the printing materials themselves are compatible with the
Immersionsobjektiv kompatibel sind. Auch die Verwendung eines bekannten Immersionsmediums, wie beispielsweise einem Immersionsöl, ist möglich. Die Immersion lens compatible. The use of a known immersion medium, such as an immersion oil, is also possible. The
Fokussierung kann durch ein transparentes Substrat hindurch in das, gegebenenfalls wechselbare, Immersionsmedium Focusing can be done through a transparent substrate into the immersion medium, which can be changed if necessary
erfolgen . Die oben beschriebene zeitliche Varianz des respectively . The time variance of the
Inspektionsmediums ist auch für das Immersionsverfahren anwendbar, so dass die optimale Darstellung einer sich mit der Zeit ändernden Struktur erfolgen kann. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausgestaltungen der Vorrichtung näher erläutert. Zu diesem Zweck zeigt The inspection medium can also be used for the immersion process, so that a structure that changes over time can be optimally represented. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments of the device. To this end shows
Fig. 1 eine Druckvorrichtung mit einem Druckkopf, 1 shows a printing device with a print head,
Fig. 2 eine Inspektionsvorrichtung mit einem Fig. 2 an inspection device with a
Inspektionskopf, und Inspection head, and
Fig. 3 ein Objektiv, welches eine Aus führungs form von Fig. 3 shows a lens which is an embodiment of
Positionierungshilfen für das Material aufweist. Has positioning aids for the material.
Die Figuren zeigen die Vorrichtungen nur schematisch in dem Umfang, wie es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist. Sie erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit oder Maßstäblichkeit . Die Druckvorrichtung gemäß Fig. 1 umfasst eine The figures show the devices only schematically to the extent necessary to explain the invention. They do not claim to be complete or to be accurate. The printing device according to FIG. 1 comprises a
Emissionseinheit 1 mit einer Strahlungsquelle 2 und einem Strahlungsausgang 3. Als Strahlungsquelle wird ein Laser verwendet. Der Strahlungsausgang 3 liegt einer Emission unit 1 with a radiation source 2 and a radiation output 3. A laser is used as the radiation source used. The radiation output 3 is one
Arbeitsplattform 4 gegenüber, auf welcher ein Trägersubstrat 5 zur Aufnahme der dreidimensionalen Struktur (nicht Opposite the work platform 4, on which a carrier substrate 5 for receiving the three-dimensional structure (not
dargestellt) angeordnet ist. Der Fokuspunkt der shown) is arranged. The focus point of the
Emissionseinheit 6, der gleichzeitig auch Arbeits- und Emission unit 6, which is also work and
Portionierungspunkt ist, liegt zwischen dem Portioning point is between the
Strahlungsausgang 3 und dem Trägersubstrat 5 oder der dreidimensionalen Struktur mit deren fortschreitendem Radiation output 3 and the carrier substrate 5 or the three-dimensional structure with their progressive
Aufbau . Construction .
Am Strahlungsausgang 3 der Strahlungsquelle 2 sind mittels geeigneter Haltemittel 7 zwei Materialausgänge 8 einer At the radiation outlet 3 of the radiation source 2, two material outlets 8 are one by means of suitable holding means 7
Materialzufuhr 9 und ein Materialeingang 10 einer Material feed 9 and a material inlet 10 one
Materialableitung 11 montiert. Materialausgänge 8 und Material discharge 11 mounted. Material outlets 8 and
Materialeingang 10 sind als mikrofluidische Düsen Material inlet 10 are as microfluidic nozzles
ausgebildet. Sie realisieren die Zufuhr des ersten educated. You realize the feed of the first
Druckmateriales 12.1 und des zweiten Druckmateriales 12.2 Die Haltemittel 7 gestatten eine Montage und Demontage der Düsen sowie die Montage weiterer Düsen für weitere Printing material 12.1 and the second printing material 12.2 The holding means 7 allow assembly and disassembly of the nozzles and the assembly of further nozzles for others
Druckmaterialien und/oder einen weiteren Materialeingang 10. Die beiden Druckmaterialien 12.1, 12.2 sind in jeweils einem Reservoir 13.1, 13.2 vorgehalten und mit den Düsen mittels mikrofluidischer Kanäle 14 verbunden. Printing materials and / or a further material inlet 10. The two printing materials 12.1, 12.2 are each held in a reservoir 13.1, 13.2 and are connected to the nozzles by means of microfluidic channels 14.
Die Gestaltung der Emissionseinheit 1 mit Strahlungsquelle 2 und der Montage der Materialausgänge 8 und des The design of the emission unit 1 with radiation source 2 and the assembly of the material outlets 8 and the
Materialeingangs 10 am Strahlungsausgang 3 bewirkt, dass diese Komponenten gemeinsam einen Druckkopf 18 bilden, welcher an bestehenden Drucksystemen zum Einsatz kommen kann . The material inlet 10 at the radiation outlet 3 has the effect that these components together form a print head 18 which can be used on existing printing systems.
Die Abgabe der beiden Druckmaterialien 12.1, 12.2 auf das Trägersubstrat 5 bewirkt die Mischung und die Ausbildung einer Druckportion 15. Die Druckportion 15 ist so groß und so positioniert, dass der Strahlungsausgang 3 der The delivery of the two printing materials 12.1, 12.2 onto the carrier substrate 5 causes the mixture and the formation a pressure portion 15. The pressure portion 15 is so large and positioned that the radiation outlet 3 of the
Strahlungsquelle 2 mit der Druckportion 15 in physischem Kontakt steht, im Ausführungsbeispiel innerhalb der Radiation source 2 is in physical contact with the pressure portion 15, in the exemplary embodiment within the
Druckportion 15 liegt. Print portion 15 lies.
Eine Steuereinheit 16 der Druckvorrichtung steuert die A control unit 16 of the printing device controls the
Emissionseinheit 1, die Materialzufuhr 9 und die Emission unit 1, the material supply 9 and the
Materialableitung 11 sowie eine Positionierungsvorrichtung 17. Letztere führt die Bewegungen der Strahlungsquelle 2 relativ zur Arbeitsplattform 4 aus, indem die Material discharge 11 and a positioning device 17. The latter carries out the movements of the radiation source 2 relative to the work platform 4 by the
Emissionseinheit 1 bewegt wird. Emission unit 1 is moved.
Zur Ausführung des Verfahrens wird der Druckkopf 18 dem Trägersubstrat 4 gegenüber liegend positioniert und in dieser Position eine Druckportion 15 auf das Trägersubstrat 5 abgegeben. In der Druckportion 15 wird mittels eines fokussierten Laserstrahls 19 eine Polymerisation initiiert und infolge dessen ein Strukturelement (nicht dargestellt) gebildet. Anschließend wird der Druckkopf 18 in eine To carry out the method, the print head 18 is positioned opposite the carrier substrate 4, and in this position a print portion 15 is delivered onto the carrier substrate 5. Polymerization is initiated in the print portion 15 by means of a focused laser beam 19 and as a result a structural element (not shown) is formed. Then the print head 18 is in a
benachbarte Position gefahren und ein zweites moved to an adjacent position and a second
Strukturelement gebildet, welches mit dem ersten verbunden sein kann oder in nachfolgenden Schritten verbunden wird. Dieser Vorgang wird zunächst zur Ausbildung einer ersten Schicht der dreidimensionalen Struktur wiederholt ausgeführt und nachfolgend wird auf die gleiche Weise jede weitere Schicht der dreidimensionalen Struktur hergestellt. Structural element formed, which can be connected to the first or is connected in subsequent steps. This process is first carried out repeatedly to form a first layer of the three-dimensional structure, and each further layer of the three-dimensional structure is subsequently produced in the same way.
Die Inspektionsvorrichtung gemäß Fig. 2 weist einen The inspection device according to FIG. 2 has a
vergleichbaren Aufbau auf. Dabei ist die Emissionseinheit durch eine Beobachtungseinheit 1, der Strahlungsausgang durch ein Objektiv 3 der Beobachtungseinheit 1, zumindest ein Druckmaterial durch ein Immersionsmedium 12, welches in einem Reservoir 13 vorgehalten wird, die Druckportion durch eine Portion 15 des Immersionsmediums und die comparable structure. The emission unit is through an observation unit 1, the radiation output through an objective 3 of the observation unit 1, at least one print material through an immersion medium 12, which in FIG a reservoir 13 is held, the pressure portion by a portion 15 of the immersion medium and the
Druckkopfeinheit durch eine Immersionskopfeinheit 18 Print head unit by an immersion head unit 18
ersetzt. Der Inspektionspunkt 6 einer Inspektionsvorrichtung liegt im Unterschied zum Fokuspunkt der Druckvorrichtung auf der Oberfläche der dreidimensionalen Struktur 5. Anstelle der Druckportion wird für das Inspektionsverfahren eine Portion des Immersionsmediums 12 auf dem Trägersubstrat erzeugt, so dass das Immersionsmedium 12 den Zwischenraum zwischen dem Objektiv 3 und Trägersubstrat 5 ausfüllt. Im Übrigen wird auf die Darlegungen zu Fig. 1 verwiesen. replaced. In contrast to the focal point of the printing device, the inspection point 6 of an inspection device lies on the surface of the three-dimensional structure 5.Instead of the pressure portion, a portion of the immersion medium 12 is generated on the carrier substrate for the inspection process, so that the immersion medium 12 forms the space between the objective 3 and carrier substrate 5 fills in. For the rest, reference is made to the explanations relating to FIG. 1.
Fig. 3 zeigt ein Objektiv 3 mit Blick auf dessen Unterseite 19, die in Anwendung dem Trägersubstrat (nicht dargestellt) zugewandt ist. Auf der Unterseite 19 ist eine Adapterplatte 20 angeordnet, die ein zentrales optisches Fenster 25 in Form eines runden Durchgangs aufweist. Das optische Fenster 25 liegt in der Mitte eines, mikrofluidischen, 3 shows an objective 3 with a view of its underside 19 which, in use, faces the carrier substrate (not shown). An adapter plate 20, which has a central optical window 25 in the form of a round passage, is arranged on the underside 19. The optical window 25 lies in the middle of a microfluidic,
beispielsweise vollständig offenen Kanals 21, welcher zentral über die Adapterplatte 20 verläuft und als for example completely open channel 21, which runs centrally over the adapter plate 20 and as
Positionierungshilfe fungiert. Die Breite des Kanals 21 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel größer als der Positioning aid acts. The width of the channel 21 is greater than that in the illustrated embodiment
Durchmesser des optischen Fensters 25. Alternativ ist es möglich, dass das optische Fenster größer ist, als der Kanal breit, wobei ein vollständiges Füllen des optischen Fensters nicht erforderlich ist. Diameter of the optical window 25. Alternatively, it is possible for the optical window to be larger than the width of the channel, it not being necessary to completely fill the optical window.
Die Zuleitung des Materials zum optischen Fenster erfolgt an einem Ende des Kanals 21, zur Unterscheidung als Zustrom 23 bezeichnet, mittels der Materialzufuhr (nicht dargestellt) , indem das Material in den Kanal 21 eingebracht wird. Eine Portion eines flüssigen oder pastösen Materials (nicht dargestellt) fließt in Flussrichtung 22 in den Kanal 21 und füllt aufgrund vordefinierter, ausreichender Portionsgröße das optische Fenster 25 zumindest in solchem Umfang, dass das Material in physischem Kontakt zum Trägersubstrat steht. Nach Abschluss des jeweiligen Verfahrensschritts wird das Material mittels einer Materialableitung (nicht dargestellt) am anderen Ende des Kanals 21, als Abfluss 24 bezeichnet, aus dem Kanal 21 abgesaugt und kann nachfolgend durch ein anderes Material ersetzt werden. Eine solche Adapterplatte 20 ist sowohl für eine The feed of the material to the optical window takes place at one end of the channel 21, referred to as the inflow 23 for differentiation, by means of the material feed (not shown), in that the material is introduced into the channel 21. A portion of a liquid or pasty material (not shown) flows in the flow direction 22 into the channel 21 and, due to a predefined, sufficient portion size, fills the optical window 25 at least to such an extent that the material is in physical contact with the carrier substrate. After completion of the respective method step, the material is sucked out of the channel 21 by means of a material discharge (not shown) at the other end of the channel 21, referred to as the drain 24, and can subsequently be replaced by another material. Such an adapter plate 20 is both for a
Druckvorrichtung (nicht dargestellt) als auch für eine Printing device (not shown) as well as for a
Inspektionsvorrichtung (nicht dargestellt) verwendbar. Inspection device (not shown) can be used.
Dementsprechend kann das Material ein Druckmaterial oder ein Immersionsmaterial sein. In der Anwendung liegt die Accordingly, the material can be a printing material or an immersion material. In the application lies the
Adapterplatte 20 dem Trägersubstrat 5 (nicht dargestellt) gegenüber und die Materialportion weist eine solche Größe auf und ist mittels des Kanals 21 in eine solche Position geleitet, dass der Zwischenraum zwischen dem Trägersubstrat 5 und dem Objektiv 3 im Bereich des optischen Fensters 25 vollständig ausgefüllt ist. Adapter plate 20 opposite carrier substrate 5 (not shown) and the material portion is of such a size and is guided by means of channel 21 into such a position that the space between carrier substrate 5 and lens 3 in the area of optical window 25 is completely filled .
Vorrichtung zur Behandlung oder Inspektion eines Materials,Device for the treatment or inspection of a material,
Verwendung der Vorrichtung Use of the device
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Emissionseinheit ; Beobachtungseinheit 1 issue unit; Observation unit
2 Strahlungsquelle 2 radiation source
3 Strahlungsausgang, Objektiv 3 radiation output, lens
4 Arbeitsplatt form 4 work platform
5 dreidimensionale Struktur 5 three-dimensional structure
6 Fokuspunkt, Portionierungspunkt , 6 focus point, portioning point,
Inspektionspunkt Inspection point
7 Haltemittel 7 holding means
8 Materialausgang 8 Material output
9 Material zufuhr 9 Material feed
10 Materialeingang 10 Incoming material
11 Materialableitung 11 Material discharge
12 , 12.1, 12.2 Druckmaterialien, Inspektionsmedium 12, 12.1, 12.2 printing materials, inspection medium
13 , 13.1, 13.2 Reservoir 13, 13.1, 13.2 reservoir
14 Kanäle 14 channels
15 Druckportion, Portion des Inspektionsmediums 15 Print portion, portion of the inspection medium
16 Steuereinheit 16 control unit
17 Pos itionierungsVorrichtung 17 Positioning device
18 Druckkopfeinheit, Immersionskopfeinheit 18 print head assembly, immersion head assembly
19 Unterseite 19 bottom
20 Adapterplatte 20 adapter plate
21 Kanal 21 channel
22 Flussrichtung 22 Direction of flow
23 Zustrom 23 influx
24 Abfluss 24 drain
25 optisches Fenster 25 optical window

Claims

Patentansprüche Claims
1. Vorrichtung zur Behandlung eines an einem Arbeitspunkt der Vorrichtung platzierten Materials mittels 1. Device for treating a material placed at a working point of the device by means of
elektromagnetischer Strahlung oder zur Beobachtung eines solchen Materials, folgende Komponenten umfassend: electromagnetic radiation or for the observation of such a material, comprising the following components:
- eine Materialzufuhr (9) mit zumindest einem - A material supply (9) with at least one
Materialausgang (8), ausgebildet zur ortsselektiven, dosierbaren Zufuhr eines flüssigen oder pastösen Material outlet (8), designed for the location-selective, meterable supply of a liquid or pasty
Materials (12) zum Arbeitspunkt (6) zur Ausbildung einer Materialportion auf einem Substrat; Materials (12) to the operating point (6) for forming a portion of material on a substrate;
- eine Materialableitung (11) mit zumindest einem - A material discharge (11) with at least one
Materialeingang (10), ausgebildet zur ortsselektiven Ableitung von flüssigem und/oder pastösem Material (12) vom Arbeitspunkt (6), Material inlet (10), designed for the location-selective discharge of liquid and / or pasty material (12) from the working point (6),
- wobei die Materialzufuhr (9) mit einem ersten Reservoir (13.1) des ersten Material (12.1) in Verbindung steht, - wherein the material supply (9) is connected to a first reservoir (13.1) of the first material (12.1),
- eine optische Einheit, welche Mittel zur Erzeugung und Aussendung elektromagnetischer Strahlung zum - An optical unit, which means for generating and emitting electromagnetic radiation for
Arbeitspunkt sowie Mittel zu deren Ausrichtung und Fokussierung auf den Arbeitspunkt (6) aufweist und/oder Mittel zum Empfang elektromagnetischer Strahlung vom Arbeitspunkt (6) sowie Mittel zu deren Ausrichtung und Fokussierung, wobei die Mittel zur Ausrichtung und Working point and means for aligning and focusing on the working point (6) and / or means for receiving electromagnetic radiation from the working point (6) and means for aligning and focusing, the means for aligning and
Fokussierung der gesendeten und ebenso der empfangenen Strahlung hier jeweils als Objektiv bezeichnet sind. Focusing of the transmitted and also the received radiation are each referred to here as an objective.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objektiv (3) ausgebildet ist, um mit solch einem Abstand zum Arbeitspunkt (6) positionierbar zu sein, dass der dem Arbeitspunkt (6) zugewandte Strahlungsausgang oder Strahlungseingang des Objektivs (3) in physischem Kontakt mit der Materialportion (12) steht. 2. Device according to claim 1, wherein the lens (3) is designed to be positioned at such a distance from the working point (6) that the radiation output or radiation input of the lens (3) facing the working point (3) is in physical contact with the material portion (12) is.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialzufuhr einen zweiten Materialausgang aufweist zur ortsselektiven, dosierbaren Zufuhr eines zweiten flüssigen oder pastösen Materials (12) zum 3. Device according to one of the preceding claims, wherein the material supply has a second material outlet for the location-selective, meterable supply of a second liquid or pasty material (12) to
Arbeitspunkt (6) zur Ausbildung einer Materialportion und wobei die Materialzufuhr (9) mit einem zweiten Reservoir (13.2) des zweiten Materials in Verbindung steht, Working point (6) for forming a material portion and wherein the material supply (9) is connected to a second reservoir (13.2) of the second material,
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dem Arbeitspunkt (6) zugewandten Unterseite des4. Device according to one of the preceding claims, wherein the operating point (6) facing underside of the
Objektivs (3) eine Positionierungshilfe zur Positionierung des flüssigen oder pastösen Materials zwischen dem Objektiv und dem Substrat aufweist. Objective (3) has a positioning aid for positioning the liquid or pasty material between the objective and the substrate.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Materialzufuhr (9) und die Materialableitung (11) mikrofluidische Bauelemente aufweist. 5. Device according to one of the preceding claims, wherein the material supply (9) and the material discharge (11) have microfluidic components.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, folgende weitere Komponenten umfassend: 6. Device according to one of the preceding claims, comprising the following further components:
- eine Haltevorrichtung, ausgebildet zur Halterung des Substrats (5) und des Objekts (3) relativ zueinander; - A holding device designed to hold the substrate (5) and the object (3) relative to one another;
- eine Positionierungsvorrichtung, ausgebildet zur - A positioning device designed for
Positionierung des Objektivs (3), zumindest eines der Materialausgänge (8), des Materialeingangs (10) und der Haltervorrichtung relativ zueinander; Positioning of the lens (3), at least one of the Material outlets (8), the material inlet (10) and the holder device relative to one another;
- eine Steuereinheit (18), welche ausgebildet ist zur - A control unit (18) which is designed for
Steuerung der optischen Einheit (1), der Materialzufuhr (9), der Materialableitung (11) und der Control of the optical unit (1), the material supply (9), the material discharge (11) and the
Positionierungsvorrichtung und welche mit diesen Positioning device and which with these
Komponenten kommunikativ verbunden ist. Components is communicatively connected.
7. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der 7. Use of a device according to one of the
vorstehenden Ansprüche zur additiven Herstellung preceding claims for additive manufacturing
dreidimensionaler Strukturen (5), wobei die Emissionseinheit (1) ausgebildet ist für die ortsselektive, fokussierte three-dimensional structures (5), the emission unit (1) being designed for the spatially selective, focused
Beleuchtung von photovernetzbarem Druckmaterial (12) im Verlauf einer Aufeinanderfolge von Strahlungsintervallen, das Verfahren umfasst folgende Schritte: - Bereitstellung zumindest eines ersten DruckmaterialsIllumination of photocrosslinkable printing material (12) in the course of a succession of radiation intervals, the method comprising the following steps: - providing at least one first printing material
(12), welches photovernetzbar ist; (12) which is photocrosslinkable;
- ortsselektive Zufuhr zumindest einer Portion des ersten Druckmaterials (12) zum Arbeitspunkt, welcher durch den Fokuspunkt (6) der Strahlungsquelle (2) bestimmt und nachfolgend auch als Portionierungspunkt (6) bezeichnet ist, mittels der Materialzufuhr (9), unter Erzeugung einer Druckportion (15) am Portionierungspunkt (6), welche zumindest das erste Druckmaterial (12) umfasst; - Location-selective supply of at least one portion of the first printing material (12) to the working point, which is determined by the focal point (6) of the radiation source (2) and is hereinafter also referred to as the portioning point (6), by means of the material supply (9), while generating a pressure portion (15) at the portioning point (6), which comprises at least the first printing material (12);
- ortsselektive Beleuchtung der am Portionierungspunkt (6) erzeugten Druckportion (15) während eines - Location-selective illumination of the pressure portion (15) generated at the portioning point (6) during a
Strahlungsintervalls derart, dass in der Druckportion (15) Mehrphotonenprozesse bewirkt werden und Radiation interval such that multiphoton processes are brought about in the pressure portion (15) and
infolgedessen ein Strukturelement gebildet wird, welches zumindest das erste Druckmaterial (12) umfasst; - ortsselektive Ableitung von Anteilen des Druckmaterials (12) vom Portionierungspunkt (6); as a result, a structural element is formed which comprises at least the first printing material (12); - Location-selective derivation of proportions of the printing material (12) from the portioning point (6);
- vielmalige Wiederholung der Erzeugung einer - multiple repetitions of the generation of a
Druckportion (15) und deren Beleuchtung in einer Print portion (15) and its lighting in one
Aufeinanderfolge von weiteren Portionierungspunkten (6) unter Erzeugung einer aus einer Vielzahl von Sequence of further portioning points (6) with the generation of one of a large number of
Strukturelementen bestehenden dreidimensionalen Structural elements existing three-dimensional
Struktur ( 5 ) , Structure (5),
- wobei die Ableitung von Druckmaterial (12) nacheinander an jedem einzelnen Portionierungspunkt und/oder - The derivation of printing material (12) one after the other at each individual portioning point and / or
gleichzeitig an mehreren Portionierungspunkten (6) der dreidimensionalen Struktur (5) erfolgt. takes place at the same time at several portioning points (6) of the three-dimensional structure (5).
8. Mehrphotonendruckverfahren nach Anspruch 7, wobei an zumindest einem Portionierungspunkt (6) zumindest eine 8. Multiphoton printing method according to claim 7, wherein at least one portioning point (6) at least one
Portion eines weiteren Druckmaterials (12) zum Portion of a further printing material (12) for
Portionierungspunkt (6) ortsselektiv zugeführt und/oder zumindest eines der am vorangegangenen Portionierungspunkt (6) verwendeten Druckmaterialien (12) durch ein anderes Druckmaterial (12) ersetzt wird. Portioning point (6) is supplied in a location-selective manner and / or at least one of the printing materials (12) used at the preceding portioning point (6) is replaced by another printing material (12).
9. Mehrphotonendruckverfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei der dem Arbeitspunkt (6) zugewandte 9. Multiphoton printing method according to one of claims 7 or 8, wherein the working point (6) facing
Strahlungsausgang oder Strahlungseingang des Objektivs (3) während der Bestrahlung oder einer Inspektion des Radiation output or radiation input of the lens (3) during the irradiation or an inspection of the
Arbeitspunktes mit der Materialportion (12) in physischem Kontakt gebracht wird. Working point is brought into physical contact with the material portion (12).
10. Mehrphotonendruckverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei Druckportionen (15) innerhalb einer bestehenden Matrix ausgebildet werden, welche aus einem offenporigen und einem für die zur Beleuchtung verwendeten Wellenlängen transparenten Material besteht. 10. Multi-photon printing method according to one of claims 7 to 9, wherein print portions (15) are formed within an existing matrix, which consists of an open-pored and a material transparent to the wavelengths used for illumination.
11. Mehrphotonendruckverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Materialableitung (11) und die Zufuhr von neuem Druckmaterial (12) gleichzeitig erfolgen. 11. Multiphoton printing method according to one of claims 7 to 10, wherein the material discharge (11) and the supply of new printing material (12) take place simultaneously.
12. Mehrphotonendruckverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die dreidimensionale Struktur (5) aus 12. Multiphoton printing method according to one of claims 7 to 11, wherein the three-dimensional structure (5) from
Unterstrukturen, insbesondere mit einer periodischen Substructures, especially with a periodic
Wiederholung von Unterstrukturen, aufgebaut wird, und die Größe einer Unterstruktur kleiner ist als 500 nm, bevorzugt kleiner als 300 nm, weiter bevorzugt kleiner als 200 nm, weiter bevorzugt kleiner als lOOnm. Repetition of substructures, is built up, and the size of a substructure is smaller than 500 nm, preferably smaller than 300 nm, more preferably smaller than 200 nm, more preferably smaller than 100 nm.
13. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Inspektion eines mikroskopischen Objekts, das Verfahren umfasst folgende Schritte: 13. Use of a device according to one of claims 1 to 6 for the inspection of a microscopic object, the method comprises the following steps:
- Bereitstellung zumindest eines Immersionsmediums (12), - Provision of at least one immersion medium (12),
- ortsselektive Zufuhr einer Portion des - Site-selective supply of a portion of the
Immersionsmediums (12) zu einem Inspektionspunkt (6) am Objekt mittels zumindest eines Materialausgangs (8) der Materialzufuhr (9); Immersion medium (12) to an inspection point (6) on the object by means of at least one material outlet (8) of the material supply (9);
- Einstellung eines Abstands zwischen Objektiv (3) und Inspektionspunkt (6) derart, dass die dem Objekt zugewandte Oberfläche des Objektivs (3) mit dem - Setting a distance between the lens (3) and inspection point (6) such that the surface of the lens (3) facing the object with the
Immersionsmedium (12) in physischem Kontakt steht; - Fokussierung der Beobachtungseinheit (1) auf den Immersion medium (12) is in physical contact; - Focusing the observation unit (1) on the
Inspektionspunkt (6) und Inspection point (6) and
- ortsselektive Ableitung zumindest von Anteilen des - Location-selective derivation of at least parts of the
Immersionsmediums (12) . Immersion medium (12).
14. Verfahren zur Inspektion eines Objekts nach Anspruch14. A method for inspecting an object according to claim
13, wobei an diesem oder an zumindest einem weiteren 13, with this or at least one further
Inspektionspunkt (6) das Immersionsmedium (12) modifiziert wird, indem es zumindest teilweise durch ein anderes Immersionsmedium (12) ersetzt wird. Inspection point (6) the immersion medium (12) is modified in that it is at least partially replaced by another immersion medium (12).
15. Verfahren zur Inspektion eines Objekts nach Anspruch15. A method for inspecting an object according to claim
14, wobei die Modifizierung des Immersionsmediums anhand einer Änderung des Objekts erfolgt, welche im Verlauf der Inspektion ermittelt wird. 14, the modification of the immersion medium taking place on the basis of a change in the object which is determined in the course of the inspection.
EP20743582.7A 2019-06-11 2020-06-11 Device for treating or inspecting a material, use of the device Pending EP3983199A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019115780.3A DE102019115780B4 (en) 2019-06-11 2019-06-11 Methods and devices for multiphoton printing and for the inspection of three-dimensional structures
PCT/DE2020/200046 WO2020249171A1 (en) 2019-06-11 2020-06-11 Device for treating or inspecting a material, use of the device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3983199A1 true EP3983199A1 (en) 2022-04-20

Family

ID=71737979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP20743582.7A Pending EP3983199A1 (en) 2019-06-11 2020-06-11 Device for treating or inspecting a material, use of the device

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220219388A1 (en)
EP (1) EP3983199A1 (en)
CN (1) CN113993690A (en)
DE (1) DE102019115780B4 (en)
WO (1) WO2020249171A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3851268B1 (en) * 2020-01-17 2023-06-07 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Identification of 3d printed objects

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011012412A1 (en) 2011-02-25 2012-08-30 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for producing three-dimensional structures in layers, comprises a print head assembly, a radiation source assembly, and a heat source, where the print head assembly is positioned in a controlled manner relative to a working plane
JP6261357B2 (en) * 2014-01-30 2018-01-17 オリンパス株式会社 Microscope and observation method
WO2016150559A1 (en) * 2015-03-26 2016-09-29 Linde Aktiengesellschaft Device and method for the 3d printing of workpieces
FR3063931B1 (en) * 2017-03-15 2019-03-22 Poietis EQUIPMENT AND METHOD FOR ADDITIVE PRINTING
CN111316166B (en) * 2017-10-31 2023-09-08 劳伦斯·利弗莫尔国家安全有限责任公司 System and method for depth-resolved parallel two-photon aggregation for scalable submicron additive manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
CN113993690A (en) 2022-01-28
WO2020249171A1 (en) 2020-12-17
US20220219388A1 (en) 2022-07-14
DE102019115780A1 (en) 2020-12-17
DE102019115780B4 (en) 2021-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2569140B1 (en) Device and method for producing three-dimensional structures
EP2855119B1 (en) Method for creating an 3d object
EP2864108B1 (en) Device and method for layer-by-layer production of a three-dimensional object
DE102014108633B4 (en) Device and method for producing three-dimensional objects using rapid prototyping
DE112005001411T5 (en) Systems and methods for producing 3D objects
EP3287262A1 (en) Device and method for laser assisted processing of bodies or surfaces
EP2492085A1 (en) Method and device for location-triggered application of an intensity pattern from electromagnetic radiation to a photosensitive substance and applications of same
DE102008001800A1 (en) Projection lens for microlithography, microlithography projection exposure apparatus with such a projection lens, microlithographic manufacturing method for components as well as produced by this method component
WO2018006108A1 (en) Method for lithography-based generative production of three-dimensional components
WO2018036929A1 (en) Device and method for laser-assisted machining of bodies or surfaces
EP3688508B1 (en) Microscope
EP3162549A1 (en) Method and device for forming an optical element with at least one functional area, and use of the device
EP3983199A1 (en) Device for treating or inspecting a material, use of the device
DE102016125690A1 (en) Process for the production of microstructures
WO2013182913A2 (en) Stereolithography system
DE102018128418B3 (en) Use of a dispenser attachment and dispenser attachment for a device for writing 3D structures by means of laser lithography
WO2021259428A1 (en) Additive manufacturing method and device
DE102014221501A1 (en) Device and method for producing or repairing a three-dimensional object
DE102014202646A1 (en) Method for producing an object from a material and / or for processing an object
WO2020083746A1 (en) Device and method for applying a liquid immersion agent into a gap between a microscope objective and a sample to be examined under the microscope
DE102020132417A1 (en) Process and device for the production of microscopic three-dimensional multi-material structures
EP3305495B1 (en) Method for generating a three-dimensional structure in a matrix
DE102015226523A1 (en) An exposure apparatus, apparatus and method for producing a three-dimensional object
DE102018126526A1 (en) Immersion agent application by means of a jet nozzle
DE102021210708A1 (en) DOSING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A LITHOGRAPHY PLANT

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20220111

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: HETEROMERGE GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240207