Innovative laserbasierte Fertigungsverfahren für mikrofluidische Anwendungen

Im Rahmen eines Innovation Booster Microtech untersuchte RhySearch gemeinsam mit fünf Industrie- und Forschungspartnern innovative laserbasierte Herstellungsverfahren für mikrofluidische Anwendungen. Bei der Mikrofluidik werden Flüssigkeiten in meist nur 50 bis 500 Mikrometer (µm) breiten Kanälen präzise gesteuert und transportiert. Eingesetzt werden solche Systeme beispielsweise in der Biomedizin und in der Sensortechnik.  

Glas mit seinen hervorragenden mechanischen, optischen und chemischen Eigenschaften ist ein ideales Material für viele Mikrofluidik-Anwendungen. Jedoch können 3D-Mikrostrukturen wie mikrofluidische Kanäle nur mit zeitaufwändigen Verfahren hergestellt werden. Zudem bringen diese geometrische Einschränkungen mit sich oder erfordern im Herstellungsprozess Chemikalien  

Mit Ultrakurzpuls-Lasern können individuell gestaltete 3D-Mikrofluidikkanäle unterschiedlicher Tiefe, Länge und Breite abgetragen werden (Laserablation). Auch RhySearch hat bereits Erfahrungen mit Produktionstechnologien für mikrofluidische Systeme und Laserablationsverfahren für Glas gesammelt. 

 

Ziel: Abtragen und Verschweissen in einem Arbeitsschritt 

Im Rahmen der Machbarkeitsstudie untersuchten die Projektpartner, wie die Ultrakurzpuls-Lasertechnologie auch für das Mikroschweissen von Glas genutzt werden kann: Mit den richtigen Parametern kann nämlich am Laserbrennpunkt genügend Hitze erzeugt werden, um das Glas zu verschweissen. «So könnte man ein versiegeltes mikrofluidisches System produzieren», erklärt Rodolphe Catrin, Projektleiter bei RhySearch. «Das würde neue Fertigungskapazitäten für anspruchsvolle Anwendungen eröffnen und die Entwicklung und Herstellung neuer Produkte ermöglichen.» 

Zunächst wurden mit dem 5-Achs-Bearbeitungszentrum «GL.compact II» von GFH GmbH von RhySearch verschiedene Abtragsstrategien getestet. Anschliessend wurden geeignete Parameter von Laser und Maschine untersucht, um die Herstellung von mikrofluidischen Kanälen in µm-Grösse und den anschliessenden Laser-Mikroschweissprozess durch den Partner FEMTOprint SA zu ermöglichen.  

Zum Einsatz kam zudem modernste Messtechnik von RhySearch, unter anderem ein Koordinatenmessgerät und optische 3D-Profilometer, um die Mikrostrukturen zu charakterisieren und zu quantifizieren.