HETEROMERGE：2光子レーザー直接描画プリンターに対応したマルチマテリアルプリントヘッドを開発し、高精度・多機能化を実現

積層造形は人気が高まり、使用される生産ツールとしてますます普及していますが、特定の用途ではまだ制限があります。たとえば、業界では特に、最終用途部品の精度に対する要求がますます高まっており、その結果、市場にはますます多くのマイクロ 3D プリントソリューションが登場しています。本日、Antarctic Bearは、マイクロ3Dプリントの研究開発に注力し、 2光子レーザー直接書き込みに適用して高精度で多機能な製品を得ることができるマルチマテリアルプリントヘッド技術を提案しているドイツのHETEROMERGE社を紹介したいと思います。

HETEROMERGE GmbH の共同創設者兼 CEO である Robert Kirchner 氏は、電気工学のバックグラウンドを持ち、2011 年にポリマーマイクロシステム製造の博士号を取得しました。ロバートは博士課程の間、ナノインプリント・リソグラフィー、グレースケール・リソグラフィー、3D プリンティングの分野で徹底的な研究を行いました。

△ロバート・キルヒナー

この研究は、ポリマー複製技術を使用して大量生産を可能にする、非常に小さいながらも完全に機能する構造物の製造に重点を置いています。最新の研究では、チームメンバーは拡張現実メガネを可能にする導波管構造を開発しました。 2光子3Dプリンターのおかげで、研究チームは2013年に初めて、非常に小さいながらも非常に精密な3D自由形状構造物を製造することができました。

HETEROMERGE 氏は、博士課程の勉強を始めた頃から機能的な 3D 製造に熱中していたと述べています。 HETEROMERGE は研究の一環として、複数の材料からなる複合微細構造を印刷したいと考えています。理由は簡単です。異なる材料には異なる物理的特性があり、複数の材料から構造物を構築することで、単一の材料を超える機能を実現できるからです。

これにより、将来的に電子システムや光学システムの製造方法が変化する可能性があります。しかし、2光子レーザープリンターは一度に1つの材料しか処理できないため、研究チームは印刷材料を変更する際に再調整の問題に直面しました。この時点では、最適ではない材料交換手順を使用する必要があるため、高精度の 2 光子マイクロプリンティングの利点はほとんど失われます。さらに、自動化されていない場合、材料の交換には非常に時間がかかります。しかし、研究チームは解決策を思いつきました。それは、高速かつ自動化された材料交換後に再調整できるマルチ材料プリントヘッドを使用することです。 HETEROMERGEは、このプリントヘッド技術を商品化するために設立されました。

△特許技術を用いて作られた3Dプリントマイクロニードル

マルチマテリアルマイクロ3Dプリントソリューション

●この特許取得済みのプリントヘッド技術により、現場での自動材料交換が可能になり、 2光子レーザープリンターでの材料交換後の横方向の再調整の問題が完全に解決されます。異なる材料の領域間のずれがなく、これは高品質のマイクロ光学デバイスにとって重要です。

●また、交換手続きも以前より早くなり、便利になりました。

●印刷基材から完全に独立して印刷できます。つまり、ガラスやシリコンなどのパッシブ基材に印刷することも、LEDやレーザーなどのアクティブコンポーネントに直接印刷することもできます。これは、この技術がオープン流体ソリューションを使用しているため、プリントヘッドが基板から独立しており、印刷面に制約を課さないためです。

●原理的には、モジュールレベル、さらにはウェーハレベルで印刷を行うことができ、高度に統合された製造レベルを実現できます。

技術的な利点と応用<br /> あらゆる 2 光子レーザープリンターシステムで HETEROMERGE のプリントヘッドを使用すると、微細構造の機能性をさらに高めることができます。 2 光子レーザー書き込みの商用アプリケーションの現在の傾向から判断すると、マルチマテリアル構造は、特にマイクロオプティクス、フォトニクス、フォトニックパッケージング、医療機器、組織工学の分野で大きな利点があります。たとえば、各レンズが異なる材料で作られた小さなレンズのスタックを印刷することが可能です。したがって、マイクロオプティクスはより高い画質を実現できます。プリントヘッド技術は、2光子レーザーが上記分野でより多くの商業的応用を見つけるのに役立つと考えられています。

△ヘテロマージ

今後10年間の積層造形市場
ロバート氏は、3D プリンティングは既に大型構造物の工業生産の多くの分野で定着しており、2 光子レーザープリンティングはマイクロ付加製造のソリューションと同じレベルの成熟度に達していると述べました。これは、3D プリンティングが非常に柔軟な生産を提供できる電子機器製造における小ロットおよび多品種アプリケーションに貴重な貢献となるでしょう。

付加製造は、高品質のマイクロ光学部品およびアセンブリの分野で使用でき、製造されたマイクロ光学デバイスは、低侵襲性の医療用画像システムを実現できます。さらに、チップにロスなく結合できる機能的なマイクロオプティクスを印刷することで光ファイバーをチップに結合することができ、データセンターがより効率的に情報を処理できるようになります。今では想像もできないような用途が数多くあり、機能的な 3D マイクロプリンティングの可能性が実現すれば、新たな市場が生まれると信じています。

ヘテロマージ
ドイツのドレスデン工科大学 (TU Dresden) のスピンオフ企業である Heteromerge は、マイクロスケールのマルチマテリアル 3D プリントのビジョンの実現に尽力しています。このスタートアップ企業は、100ナノメートルという極めて小さな構造サイズでもマルチマテリアル印刷を可能にする、次世代の高解像度自動3D印刷システムを開発しています。ドレスデン工科大学によれば、この技術は、特にマイクロ光学やマイクロ流体工学、フォトニクスパッケージングの分野だけでなく、組織工学の分野など、さまざまな新しい応用分野の「欠けている部分」を埋めるものとなり、高精度プリンターシステムの産業利用を可能にするものとなるという。

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