Een 3D-laserprinter voor iedereen

Dr. Yves Bellouard van de faculteit Werktuigbouwkunde is coördinator van een nieuw Europees project, Femtoprint, dat deze maand van start gaat. Het doel is om een handzame 3D-laserprinter te ontwikkelen waarmee microstructuren in glas kunnen worden geprint. Met deze ‘femtoprinter’ is de fabricage van microstructuren niet langer voorbehouden aan grote bedrijven.

Microsystemen zijn minuscule machientjes, nauwelijks met het blote oog te zien. Ze bevatten vaak zowel mechanische als elektrische onderdelen en worden gebruikt om signalen te meten, of om onderdelen aan te drijven. In steeds meer apparaten zijn microsystemen te vinden. Zoals de versnellingsmetertjes die in laptops zijn ingebouwd. Deze apparaatjes merken direct als een laptop valt en zorgen ervoor dat de harddisk zich op een schok voorbereidt. Zo wordt dataverlies voorkomen. Een ander bekend microsysteem is de zogeheten lab-on-a-chip, waarmee een druppel bloed, urine of speeksel wordt getest op ziekteverwekkers of drugs.

Cleanroom

Om kleine microsystemen te maken, zijn grote, dure en energieslurpende machines nodig en een speciale cleanroom. Dat is volgens Bellouard een van de redenen waarom de ontwikkeling van microsystemen relatief langzaam gaat: alleen grote bedrijven hebben hiervoor de middelen. Daarbij komt nog dat een investering pas rendabel wordt als de markt behoefte heeft aan grote hoeveelheden van deze microsystemen. Kleine, innovatieve bedrijfjes en te specialistische toepassingen maken dus nauwelijks kans.

De Fransman gebruikt een alternatief: de femtoseconde-laser waarmee hij in glas driedimensionale patronen aanbrengt. De eigenschappen van het glas veranderen in de gebieden die aan het laserlicht worden blootgesteld, afhankelijk van de intensiteit van het laserlicht. Zo kan de brekingsindex van het materiaal, een belangrijke optische eigenschap, worden aangepast. Het uitgekozen patroon wordt hierdoor een soort wegennet voor de geleiding van licht. Toepassing hiervan is denkbaar in optische computerchips, maar ook in optische bewegingssensoren.

Schoenendoos

Behalve de optische eigenschappen, kan het laserlicht ook de chemische eigenschappen van het glas beïnvloeden, en dan met name de gevoeligheid voor zuren. Het aangebrachte driedimensionale patroon kan dan eenvoudig in een keer worden weggeëtst, terwijl de patronen met conventionele methodes nog laag voor laag worden opgebouwd. En omdat het patroon in het inwendige van het glas wordt aangebracht, is er geen contact met de lucht. Een cleanroom is daarom niet nodig. Bellouard en zijn collega's hebben al bewezen dat je met deze methode de basis voor een lab-on-a-chip kunt maken.

Een voornaam doel van Femtoprint is om de benodigde laser, die nu nog een laboratoriumtafel in beslag neemt, terug te brengen tot het formaat van een schoenendoos. De Franse laserfabrikant Amplitude Systèmes wordt verantwoordelijk voor dit deel van het project. Daarnaast zijn nog een aantal Franse, Zwitserse, Duitse en Engelse partners betrokken. De groep van Bellouard zal zich voornamelijk bezighouden met onderzoek naar de effecten van het laserlicht op ‘fused silica', het hoogwaardige glas dat voor de microsystemen wordt gebruikt.

bron: TU Eindhoven