Neue Technologien für innovative Produkte Institut für nanotechnische Kunststoff-Anwendungen Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, clemens.holzer@fhnw.ch, Fachhochschule Nordwestschweiz, Hochschule für Technik, 5210 Windisch

Überblick Technologie Anwendungen Zusammenfassung Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Höhepunkt der Nanotechnologie Lange, R.F.M.: Functional polymers at the beginning of the 21st century, Fachtagung Funktionale Polymere, SKZ Würzburg, 2006 Was erwartet der Ingenieur von Nano? Die Erfahrung kehrt sich um, alles wird neu. Und man muss sehr gut im Vertrauten verwurzelt sein um das neue zu verstehen. Aber das macht es so spannend. Und zB die Verarbeitung wird wichtig wie selten zuvor. Kurz: der Techniker erwartet sich Wunder! Lange, R.F.M. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Forschungsumfeld INKA Institut für Kunststofftechnik IKT Institut für Produkt- und Produktionsengineering IPPE Labor für Mikro- und Nanotechnologie FHNW-HLS Muttenz Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Technologie Überblick Ergebnisse Anwendungen Zusammenfassung Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

CD / DVD / Nanoimprint Nanopits Durchmesser 70 nm Tiefe 40 nm Nanopits Viel Nachfrage nach Mikrostrukturierung Medizinanalyse. Stichwort Lab on a chip, Laborkarten. Vortrag Helmut: Bilder Spritzgiessen im Nanobereich: Info CD: Breite 1 mikrom, Tiefe 100 nm DVD: Breite 400nm, Tiefe 100 nm Nanopits Durchmesser 70 nm Tiefe 40 nm Nanopits Durchmesser 150 nm Tiefe 70 nm CD-Datenpits Durchmesser 1 μm Tiefe 100 nm Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Werkzeug- herstellung Spritzguss SG-Teil mit Nanostruktur Polymer Prozess Werkzeug- herstellung Spritzguss SG-Teil mit Nanostruktur Silizium, Nickel, Stahl, Messing Polymer Prüfung Simulatio n Prozess-Parameter Herstellung Struktur Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Siliziumwafer Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Flüssigkeit 1 Flüssigkeit 2 glatte Oberfläche 66° 70° Kontaktwinkel Flüssigkeit 1 Flüssigkeit 2 glatte Oberfläche 66° 70° 100 nm-Linien 120° 134° Bellini S. PMMA mit 100 nm-Linien Kontaktwinkel mit Wasser gemessen parallel und quer zur Struktur Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

glatte Oberfläche >70° 100 nm-Linien 12° Neigungswinkel Flüssigkeit 3 glatte Oberfläche >70° 100 nm-Linien 12° „Wash“ Lösung auf PS blank. Neigung ca. 35° Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Komplett benetzende Struktur Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Master-Struktur Abgeformte Struktur - SiO2 AFM-Kalibrierchip Periode 200 nm Periode 200 nm Schuss Nr 137 Master-Struktur - SiO2 geschrieben mit Elektronenstrahl Positionsgenauigkeit: 2.5 nm Gitter Periode: 120 - 400 nm Tiefe: 60 nm Abgeformte Struktur PC Standard CD - Prozess CD Dimension: Ø 80 mm 1500 Schüsse von einem Master Prozesszeit: 10 s pro CD Damit schliesst sich der Kreis: ich stelle etwas mit SG her, womit ich meine Strukturen wiederum prüfe… Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Anwendungen Überblick Technologie Zusammenfassung Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Geprägte Strukturen 1 Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Geprägte Strukturen 2 Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

High-Aspekt Säulen Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Beispiel 1 Hydrophobe Innenstruktur Produkt: Teil für Analytikgeräte Ziel: Hydrophobierung der Innenfläche -> bessere Entleerbarkeit Methode: Herstellen Struktur mittels Laser oder Ni-Master Herstellen der Teile: Spritzguss Ergebnis: Änderung der Oberflächeneigenschaften - ohne Beschichtung und ohne Materialänderung Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Mikrostrukturierter Versuchs-Spritzgusskern Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Abformung Detail Wittwer, B. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Innenstruktur in PP Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Beispiel 2 Cantilever aus Kunststoff Produkt: Analysegerät für Moleküle Ziel: Ersatz der Silizium-Cantilever durch Kunststoff Methode: Herstellen Form mittels Laser oder Lithographie Herstellen der Teile: Spritzguss Ergebnis: Erste Kunststoff-Cantilever, Funktion überprüft Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Cantilever-Prinzip Roderick Scheffler, digistudio scheffler, Berlin, (C) Copyright Concentris GmbH Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Simulation Nedunkanal, S. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Wellenlänge: 355 nm Leistung: 7 W Spotdurchmesser: 10 μm gelaserte Form Wellenlänge: 355 nm Leistung: 7 W Spotdurchmesser: 10 μm Anzahl Schichten: 500 Nedunkanal, S. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Ergebnis Spritzgussteil Soll: 80 x 500 x 5 mikron Nedunkanal, S. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Beispiel 3 Nadelstrukturen Produkt: Nadeln für medizinische Anwendungen Ziel: Herstellen von Nadelstrukturen im Mikrometerbereich aus Kunststoff Methode: Abformen von Nadelstrukturen aus verschiedenen Mastern Herstellen der Teile: Spritzguss Ergebnis: Nadelstrukturen aus Kunststoff Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Gefräste Nadel Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Nadelstruktur in Kunststoff aus Glasmaster Topas 8007 X10, BT Jan Baumgartner Baumgartner, J.. Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Zusammenfassung Grosses Marktpotential Technologie steht zur Verfügung, muss jedoch entsprechend angepasst werden Vielversprechende Ergebnisse Vielfältige Anwendungen in der Medizintechnik, Biotechnologie, Lebensmitteltechnik, … Viele Produkte warten noch auf die Umsetzung Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008

Literatur Baumgartner, J.: Mikronadel-Biochip, Bachelor-Thesis FHNW, 9 / 2008 Lange, R.F.M.: Functional polymers at the beginning of the 21st century, Fachtagung Funktionale Polymere, SKZ Würzburg, 2006 Nedunkanal, S.: Cantilever array chips aus Kunststoff, Bachelor-Thesis FHNW, 9 / 2008 Wittwer, B.: Mikrostrukturieren eines Spritzgusskernes mit Laserengraving, Diplomarbeit FHNW, 11 / 2007 Neue Technologien für innovative Produkte Prof. Dr. Clemens Holzer, 26.9.2008