Kostengünstige Methode zur Herstellung von Mikrostrukturen aus Edelstahl und Titan mit hohen Aspektverhältnissen

Laserformabtrag von Mikromischerstrukturen

Das Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (IMM) hat eine kostengünstige Methode zur Herstellung von Mikromischerstrukturen aus Edelstahl und Titan entwickelt. Durch Formabtrag mittels Nd:YAG-Laserstrahlung können aufwändigere Mikrofertigungsverfahren ersetzt werden. Die mikrostrukturierten Segmente sind Hauptbestandteil von Mikromischern zur Herstellung von Dispersionen.

Typische Kanalgrößen der interdigitalen Zuführeinheit von Standardmikromischern liegen bei 100 µm Tiefe und 30 µm Breite. Das neue Herstellungsverfahren beruht auf einem sequenziellen Abtrag dünner Materialschichten mittels eines stark fokussierten, gepulsten (ns) Laserstrahls (532 nm) und einer Scanneroptik. Ein ähnliches Verfahren wird typischerweise auch zur Laserbeschriftung eingesetzt und ermöglicht eine schnelle, laterale Rasterung des Laserstrahls und vergleichsweise hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Im vergleichsweise aufwändigen LIGA-Verfahren wurden die Mikromischersegmente eines IMM-Mischers (Standard Slit Interdigital Micro Mixer, SSIMM) bislang aus Nickel oder Silber hergestellt. Unter dem Begriff LIGA-Technik sind Abfolge der Prozessschritte Lithografie, Galvanik und Abformung definiert. Der eigentliche Formgebungsprozess erfolgt dabei durch die Strukturierung eines strahlungsempfindlichen Polymermaterials. Neben der Röntgenlithografie und der optischen Lithografie kommen dabei Laserablation, Elektronen- und Ionenstrahltechniken zum Einsatz. Die Laserstrukturierung erlaubt die Verkürzung dieses Strukturierungsprozesses bei Kleinserien auf wenige Tage, mit LIGA müssen für die Bearbeitung etwa vier Wochen eingeplant werden.

Das neue Strukturierungsverfahren ermöglicht für chemische Prozesse die schnelle Optimierung von Flüssig/Flüssig- und Gas/Flüssig-Kontaktierungen in Interdigital-Mikromischern. So können mit den neuen Mikromischersegmenten des SSIMM, Dispersionen mit einer engeren Größenverteilung und gegebenenfalls kleineren Blasen oder Tropfendurchmessern erzielt werden.

Die Entwicklung und Fertigung des Mikromischersegments wurde gefördert durch das EU-Projekt „Key Elements for the Application of Microreactors in Multiphasic Catalytic Chemistries, KEMiCC“ (Grant No.: G1RD-CT2000-00469).

IMM ist als weltweit tätiges Dienstleistungsunternehmen für Forschung und Entwicklung in der Mikrotechnik auf kundenspezifische Entwicklungen spezialisiert.