Laserstrahlung - ein Werkzeug für die Herstellung von Mikroreaktoren

Das Potenzial der Laserstrahlung als Werkzeug zur Herstellung von Mikroreaktoren wurde anhand von Demonstratoren und Mikrostrukturen aus verschiedenen Polymeren und Gläsern demonstriert. Mit gepulster UV-Excimerlaserstrahlung (Wellenlängen 193 nm und 248 nm) wurden Mikrokanäle, Mikrobohrungen, Mikronäpfchen und Reaktionsvolumina im Maskenprojektionsverfahren hergestellt. Die Strukturgrößen liegen im Bereich 50-7000 µm bei Strukturauflösungen < 10 µm. Die Herstellungsdauer der Demonstratoren liegt im Bereich < 1 h, sodass dieses flexible Herstellungsverfahren insbesondere zur Prototypenherstellung und zur Klein- und Mittelserienproduktion geeignet ist. Mikrostrukturen in den Standard- und Hochleistungspolymeren wie PC und PEEK sowie in Kalk-Natron-Silikatglas wurden beispielhaft für eine große Auswahl an strukturierbaren Werkstoffen dargestellt. Prozessbedingte Ablagerungen (Schmelze und Debris), die während des vorwiegend fotochemischen Materialabtrags der Polymere auf der Oberfläche entstehen und die Strukturgenauigkeit beeinflussen, werden durch ein Reinigungsverfahren mit Isopropanol nahezu vollständig entfernt. Zur Reinigung der Oberfläche beim fotothermischen Materialabtrag von Glas müssen die prozessbedingten Ablagerungen während des Materialabtrags mit einer reaktiven F2/He-Prozessgasatmosphäre modifiziert werden. Physikalische und chemische Wechselwirkungsprozesse von Schmelze und Debris mit dem Prozessgas bewirken eine Reduzierung der Ablagerungen durch ein Reinigungsverfahren mit Mucasol im Ultraschallbad auf eine Dicke < 20 nm. Die so entstehenden, planaren und mikrostrukturierten Werkstückoberflächen sind zur Herstellung geschlossener Mikroreaktoren durch anschließendes Fügen mit einem planaren Deckel geeignet.