WO1994001262A1

WO1994001262A1 - Verfahren zum herstellen von mikrostrukturierten körpern aus einem kunststoff

Info

Publication number: WO1994001262A1
Application number: PCT/EP1993/001571
Authority: WO
Inventors: Walter Bacher; Hans Biedermann; Heinz Dinglreiter; Helmut Kalb
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh; Bürkert Gmbh & Co.
Priority date: 1992-07-11
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1994-01-20
Also published as: ATE147675T1; US5543108A; JPH0829563B2; JPH07508232A; EP0652819A1; EP0652819B1; DE4222856C1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mikrostrukturierten Körpern aus einem Kunststoff, bei dem a) ein mikrostrukturierter plattenförmiger Grundkörper eingesetzt wird, dessen erste Seite eine erste Bezugsfläche darstellt und dessen zweite Seite derart mikrostrukturiert ist, daß sich auf einem Strukturgrund Mikrostrukturkörper bestehend aus dem Kunststoff erheben, der Strukturgrund und die Bezugsfläche zueinander parallel verlaufen, b) die zweite, mikrostrukturierte Seite des Grundkörpers mit einem Werkstoff überschichtet wird, c) die Oberfläche des den Grundkörper überschichtenden Werkstoffs parallel zur ersten Bezugsfläche plan bearbeitet wird, wodurch eine zweite Bezugsfläche gebildet wird, d) der Grundkörper auf seiner ersten Seite zumindest soweit parallel zur zweiten Bezugsfläche abgetragen wird, bis der Strukturgrund erreicht ist, wonach e) der Werkstoff selektiv gegenüber dem Kunststoff entfernt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von mikrostrukturierten Körpern aus einem Kunststoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mikrostrukturierten Körpern aus einem Kunststoff, bei dem a) ein mikrostrukturierter plattenförmiger Grundkörper einge¬ setzt wird, dessen erste Seite eine erste Bezugsfläche dar¬ stellt und dessen zweite Seite derart mikrostrukturiert ist, daß sich auf einem Strukturgrund Mikrostrukturkörper beste¬ hend aus dem Kunststoff erheben, wobei der Strukturgrund und die Bezugsfläche zueinander parallel verlaufen, b) die zweite, mikrostrukturierte Seite des Grundkörpers mit einem Werkstoff überschichtet wird, c) die Oberfläche des den Grundkörper überschichtenden Werk¬ stoffs parallel zur ersten Bezugsfläche plan bearbeitet wird, wodurch eine zweite Bezugsfläche gebildet wird, d) der Grundkörper auf seiner ersten Seite zumindest soweit parallel zur zweiten Bezugsfläche abgetragen wird, bis der Strukturgrund erreicht ist, wonach e) der Werkstoff selektiv gegenüber dem Kunststoff entfernt wird.

Aus der DE 40 10 669 Cl ist ein Verfahren zur Herstellung von galvanisch abformbaren Negativformen mikrostrukturierter, plattenförmiger Körper bekannt, wobei deren Strukturgrund eine zusammenhängende Fläche bildet und mit einer Schicht eines elektrisch leitenden Materials überzogen ist, bei dem auf eine Schicht eines Thermoplasten ein Film eines elektrisch leiten¬ den Materials aufgebracht wird, ein mikrostrukturiertes Werk¬ zeug (Formeinsatz) bei einer Temperatur, die oberhalb der Er¬ weichungstemperatur des Thermoplasten liegt, durch den Film des elektrisch leitenden Materials hindurch in die Thermo¬ plast-Schicht eingedrückt wird, das Werkzeug und die Thermo¬ plast-Schicht auf eine Temperatur unterhalb der Erweichungs¬ temperatur des Thermoplasten abgekühlt werden und das Werkzeug entfernt wird. Die Negativformen können anschließend galvanisch abgeformt werden, wobei sich z. B. gitterartig mikrostrukturierte plat- tenför ige Körper (Netze o. ä.) aus Metall herstellen lassen. Mikrostrukturierte Körper aus Kunststoff lassen sich nach die¬ sem Verfahren (abgesehen von der Negativform selbst) nicht herstellen. Ferner muß beim bekannten Verfahren der Struktur¬ grund in den Mikrovertiefungen eine zusammenhängende Fläche bilden. Bei der nachfolgenden galvanischen Abformung werden die Mikrovertiefungen mit Metall ausgefüllt, wobei der Struk¬ turgrund der Mikrovertiefungen in den Negativformen zur Stirn¬ fläche der Mikrostrukturkörper bei der durch die galvanische Abformung erhaltenen Positivform wird. Somit kann nach dem be¬ kannten Verfahren nur ein einziger einteiliger mikrostruktu¬ rierter Körper, nicht dagegen eine Vielzahl von mikrostruktu¬ rierten Körpern, hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren an¬ zugeben, mit mikrostrukturierte Körper aus Kunststoff herge¬ stellt werden können. Mit dem Verfahren sollen sich gleichzei¬ tig mehrere oder eine Vielzahl von mikrostrukturierten Körpern herstellen lassen.

Die Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängi¬ gen Patentansprüchen beschrieben.

Endprodukt des erfindungsgemäβen Verfahrens sind z. B. mi¬ krostrukturierte Körper in der Form von Netzen oder Gittern, wenn die Mikrostrukturkörper auf dem plattenförmigen Grundkör¬ per eine zusammenhängende Struktur, etwa eine Wabenstruktur, bilden, oder eine Vielzahl von kleinen mikrostrukturierten Körpern beliebiger Gestalt, wenn die Mikrostrukturkörper in¬ selartig gegeneinander abgesetzte, in sich zusammenhängende Strukturen bilden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich daher nicht nur ein mikrostrukturierter Körper, sondern zugleich mehrere oder viele kleinere mikrostrukturierte Körper herstellen, ohne daß Verfahrensschritte geändert werden. Die kleineren mikrostrukturierten Körper können gleichartig oder verschieden geformt sein. Die Gestalt der Endprodukte wird ausschließlich durch die Form und den Verbund der Mikrostruk¬ turkörper auf dem Grundkörper bestimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 9 erläutert.

Fig. 1 stellt schematisch das Herstellungsverfahren für den Grundkörper dar.

In Fig. 2 (2a und 2b) sind zwei für das erfindungsgemäße Ver¬ fahren einsetzbare Grundkörper gezeigt.

Die Fig. 3 bis 9 zeigen die Verfahrensschritte des erfindungs¬ gemäßen Verfahrens ausgehend vom Grundkörper gemäß Fig. 2a.

Erfindungsgemäß wird - wie in den Fig. 2a und 2b dargestellt - ein plattenförmiger Grundkörper 1, 2 eingesetzt, dessen erste Seite 3 eine erste Bezugsfläche darstellt und dessen zweite Seite 4 derart mikrostrukturiert ist, daß sich auf einem Strukturgrund 5 Mikrostrukturkörper 6 bestehend aus dem Kunst¬ stoff erheben. Als Bezugsflächen sind sehr genau plan bearbei¬ tete, z. B. geschliffene Flächen einsetzbar. Die Stirnflächen 7 der Mikrostrukturkörper, d. h. diejenigen Flächen der Mikrostrukturkörper, die sich am höchsten über den Struktur¬ grund 5 erheben, liegen vorzugsweise auf einer gemeinsamen Ebene 8, wobei die Form der Mikrostrukturkörper 6 unerheblich ist. Die Mikrostrukturkörper 6 können im Querschnitt z. B. rechteckig, pyramiden- oder kegelstumpfför ig oder gestuft sein. Wie bereits erwähnt können die Mikrostrukturkörper 6 oder die Stirnflächen 7 eine zusammenhängende oder aber eine inselartige Struktur ausbilden, wobei nur die Mikrostruktur¬ körper innerhalb der "Inseln" zusammenhängen. Die einzelnen "Inseln" können untereinander gleich oder verschieden struktu¬ riert sein. Im ersten Fall erhält man eine Vielzahl gleicher Endprodukte, im zweiten Fall mehrere verschiedene Endprodukte. Die Bezugsfläche 3 der Grundkörper 1, 2 ist in einer solchen Qualität plan bearbeitet, daß die folgenden materialbearbei¬ tenden Verfahrensschritte auf die Bezugsfläche 3 normiert wer¬ den können. Weiterhin ist notwendig, daß der Strukturgrund 5 genau parallel auf diese Bezugsfläche 3 ausgerichtet ist.

Die Herstellung des Grundkörpers kann nach verschiedenen, an sich bekannten Verfahren erfolgen (vgl. Fig. 1) . Beispiels¬ weise kann ein Werkzeug (Formeinsatz) 9 auf eine Kunststoff- schicht 10 abgeformt werden. Bei einigen Verfahren wird die Abformung durch einen Metallstempel 11 unterstützt. Zwischen den Metallstempel 11 und die Kunststoffschicht wird vorzugs¬ weise eine Trennfolie 12 gelegt.

1. Beim Vakuumprägeverfahren wird eine Thermoplast-Schicht vorzugsweise unter einem reduzierten Druck zwischen 1 und 10 mbar genau parallel auf ein Werkzeug (Formeinsatz) auf¬ gedrückt. Die Prägetemperatur liegt dabei für amorphe Poly¬ mere oberhalb der Glasübergangstemperatur, für teilkri¬ stalline Polymere im Bereich des Kristallitschmelzpunkts. Als Handhabe für den Abformprozeß wird auf der dem Werkzeug abgewandten Seite des Thermoplasten z. B. ein mit Nuten versehener Metallstempel geeigneter Größe angebracht, damit die für den Entformvorgang erforderlichen Zugkräfte aufge¬ bracht werden können. Der Thermoplast verbindet sich beim Zusammenpressen der Form mit den Nuten des Metallstempels formschlüssig. Die Rückseite des Metallstempels bildet für die erforderlichen weiteren Bearbeitungsschritte die Bezugsfläche; sie muß daher feinbearbeitet sein. Um den Metallstempel später von der strukturierten Thermoplast- Schicht trennen zu können, wird zwischen Metallstempel und Thermoplast eine Trennfolie, z. B. eine PTFE(Polytetrafluorethylen)-Folie, eingelegt. Alternativ kann der Metallstempel auch mit einem Trennmittel einge¬ sprüht werden. Für verschiedene Thermoplaste, die sich durch gute intrinsische Gleiteigenschaften auszeichnen, beispiels- weise für PVDF (Polyvinylidenfluorid) , ist eine solche Trennschicht nicht erforderlich. Nach dem Prägen des Thermo- plasts in der Form werden die Form und der Thermoplast unter die Erweichungstemperatur abgekühlt. Der Grundkörper wird mit Hilfe des Metallstempels vom Werkzeug getrennt. Er be¬ steht - wie in Fig. 2a dargestellt - aus der mikrostruktu¬ rierten Kunststoffschicht 13 mit den Mikrostrukturkörpern 6 und dem Metallstempel 11, dessen freie Oberfläche 3 die Be¬ zugsfläche darstellt.

2. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Grundkörpers ist das Reaktionsgußverfahren. Hierbei wird ein flüssiges Gieß¬ harz in einen Hohlraum eingegossen, der aus dem Werkzeug (Formeinsatz) und dem sehr genau parallel dazu montierten, oben beschriebenen Metallstempel aufgebaut ist. Die Polyme¬ risation des Gießharzes erfolgt anschließend in diesem Hohl¬ raum. Wegen der formschlüssigen Verbindung zwischen polyme- risiertem Gießharz und Metallstempel kann der Metallstempel wie oben beschrieben als Hilfsmittel zum Entformen der MikroStrukturen und damit des Grundkörpers dienen. Damit der Grundkörper später vom Metallstempel getrennt werden kann, ist es sinnvoll, einen geeignet beschichteten Metallstempel, z. B. mit PTFE-Beschichtung, einzusetzen. Auch dieses Ver¬ fahren liefert einen Grundkörper aus dem Kunststoff 13, 6 und dem Metallstempel 11, dessen freie Oberfläche 3 die Be¬ zugsfläche darstellt.

3a. Schließlich kann der Grundkörper auch nach dem Spritzguß¬ verfahren hergestellt werden. Hierbei wird ein flüssiger Thermoplast unter hohem Druck in eine Form eingespritzt, die aus dem Formeinsatz und einer parallel zu dessen Oberfläche angeordneten ebenen Platte gebildet wird. Die Platte besteht vorzugsweise aus einem Metall, z. B. Edelstahl. In der Form wird der Kunststoff unter seine Erweichungstemperatur abge¬ kühlt und anschließend entformt. Um die zur Entformung not¬ wendigen Kräfte aufbringen zu können, werden beispielsweise Auswerferstifte verwendet. In diesem Fall erhält man - wie in Fig. 2b dargestellt - im Gegensatz zu den unter 1. und 2. beschriebenen Verfahren eine Kunststoffplatte 13 mit mikrostrukturierter Oberfläche und paralleler, ebener Rück¬ seite 3, die die Bezugsfläche ist.

3b. Bei einem alternativen Spritzgußverfahren wird ein Metall¬ stempel wie im unter 2. beschriebenen Verfahren anstatt der ebenen Platte eingesetzt.

Dann können die erforderlichen Entformkräfte über den Form¬ schluß der Spritzgießmasse zum Metallstempel aufgebracht werden. Dieses Alternatiwerfahren liefert einen Grundkör¬ per, der dem gemäß der Verfahren 1. und 2. erhaltenen Grund¬ körper entspricht.

Bei allen Verfahren muß darauf geachtet werden, daß eine Be¬ zugsfläche 3 erhalten wird, die sehr genau parallel zur Ebene, die vom Strukturgrund 5 gebildet wird, verläuft. Diese Bezugs¬ fläche 3 wird entweder durch die feinbearbeitete Unterseite eines Metallstempels 11 (Verfahren 1., 2. und 3b.) oder durch die Abbildung einer ebenen Platte (Verfahren 3a.) gebildet. Die Parallelität der Bezugsfläche 3 und der Ebene des Struk¬ turgrunds wird durch sehr genaue Parallelführung des Werkzeugs (Formeinsatzes) 9 zur Bezugsfläche erreicht.

Die Höhe der Mikrostrukturkörper 6 über dem Strukturgrund 5 kann bei dem für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzenden Grundkörper zwischen 1 und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 500 μm, liegen. Die Mikrostrukturkörper 6 bestehen aus einem der bereits angesprochenen Kunststoffe (PVDF etc.) oder aus Polymethylmethacrylat (PMMA) . Die Dicke der Schicht 13 zwischen dem Strukturgrund 5 und der ersten Bezugsfläche 3 (Grundkörper gemäß Verfahren 3a.) bzw. zwischen dem Struktur¬ grund 5 und der Grenzfläche zwischen der Schicht 13 und dem Metallstempel 11 (Grundkörper gemäß der Verfahren 1., 2., und 3b.) soll aus Gründen der mechanischen Stabilität einige Mil- limeter betragen. Diese Schicht 13 besteht in der Regel aus dem gleichen Kunststoff, aus dem auch die Mikrostrukturkörper gefertigt sind. Die Dicke des Metallstempels 11 beträgt zwi¬ schen 4 und 10 mm, vorzugsweise mindestens 6 mm. Für den Me¬ tallstempel ist jedes beliebige, leicht bearbeitbare und inerte Metall geeignet. Besonders geeignet ist Edelstahl.

Der Grundkörper 1, 2 wird - wie in Fig. 4 dargestellt - gemäß dem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens z. B. mit Hilfe eines der bekannten Dickschichtverfahren mit einem Werkstoff 14 überschichtet. Die Dicke der ÜberSchichtung beträgt vorzugsweise zwischen 2 und 4 mm beim Grundkörper ge¬ mäß Fig. 2b und mehr als 5 mm beim Grundkörper gemäß Fig. 2a, damit eine ausreichende mechanische Stabilität der Werkstoff¬ schicht 14 einschließlich der darin eingebetteten Mikrostruk¬ turkörper 6 gegen Verbiegen gewährleistet ist, nachdem in einem der folgenden Verfahrenschritte der Metallstempel 11 entfernt wird.

Als Werkstoff sind prinzipiell alle Stoffe geeignet, die sich einerseits haftfest mit dem Kunststoff der Mikrostrukturkörper 6 auf dem Grundkörper 1, 2 verbinden und sich andererseits se¬ lektiv gegenüber diesem Kunststoff etwa durch Auflösen entfer¬ nen lassen. Daneben ist eine gute mechanische Bearbeitbarkeit von Vorteil.

Erfindungsgemäß können jedoch auch Werkstoffe zum Überschich¬ ten verwendet werden, die an sich nicht selektiv vom Kunst¬ stoff der Mikrostrukturkörper entfernbar sind; beispielsweise kann auch der gleiche Kunststoff verwendet werden, aus dem die Mikrostrukturkörper 6 hergestellt sind. In diesem Fall müssen die Mikrostrukturkörper 6 auf dem Grundkörper 1, 2 vor dem Überschichten mit einer Schutz- bzw. Markierungsschicht (in den Figuren als fette Linie dargestellt) überzogen werden. Als Schutz- oder Markierungsschicht kann eine dünne Schicht etwa aus Gold, Titan oder einem Photolack verwendet werden, die sich selektiv von dem Kunststoff entfernen läßt. Durch eine solche Schicht werden die Mikrostrukturkörper abgedeckt, so daß sich der Werkstoff in einem nachfolgenden Verfahrens¬ schritt entfernen läßt, ohne daß die Mikrostrukturkörper 6 an¬ gegriffen werden.

Eine Markierungsschicht wird vorzugsweise auch dann aufge¬ bracht, wenn der Kunststoff, aus dem die Mikrostrukturkörper 6 bestehen, und der Werkstoff 14 zum Überschichten optisch nicht deutlich zu unterscheiden sind. In diesem Fall wird die nach¬ folgende Bearbeitung des Grundkörpers erleichtert, weil die Markierungsschicht den Übergang zwischen dem Kunststoff und dem Werkstoff zum Überschichten kennzeichnet.

Falls sich der vorgesehene Werkstoff zum Überschichten nicht ausreichend haftfest mit dem Kunststoff der Mikrostrukturkör¬ per verbindet, kann die Markierungsschicht gleichzeitig als Haftvermittler dienen. Hierfür ist im allgemeinen eine Chrom¬ schicht gut geeignet.

Die Schutz- oder Markierungsschicht wird vorzugsweise in einer Dicke von 0,01 bis 10 μm aufgebracht. Jedoch kann - wie nach¬ folgend näher erläutert wird - auch eine wesentlich dickere Schutz- oder Markierungsschicht, etwa zwischen 10 μm und 1000 μm, vorteilhaft sein.

Geeignete Verfahren zum Aufbringen der Markierungsschicht sind z. B. Aufstäube (Sputter)-Verfahren, Aufdampf-. Sprüh- und Tauchverfahren.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Mikrostruktur¬ körper 6 auf dem Grundkörper 1, 2 vor dem Überschichten zu be¬ arbeiten. In diesen Fällen wird der Überschichtungsschritt va¬ riiert. Der Strukturgrund auf dem Grundkörper wird zunächst nur dünn, etwa bis zur Höhe der Stirnflächen 7, aufgefüllt. Dann können die Stirnflächen, gegebenenfalls zusammen mit dem sie dünn überschichtenden Werkstoff 14, parallel zur Bezugs¬ fläche 3 bearbeitet werden. Geeignete Bearbeitungsverfahren sind Mikrotomschnitte, Fräsbearbeitung mit Diamantwerkzeugen oder Schleif- und Polierverfahren. Nach der Bearbeitung wird die Dicke der Einbettung z. B. durch erneutes Übergießen er¬ höht. Dies ist nicht erforderlich, wenn z. B. gemäß dem oben beschriebenen Verfahren 3a. der Grundkörper - wie in Fig. 2b dargestellt - keinen Metallstempel enthält.

Im nächsten Verfahrensschritt wird die freie Oberfläche 15 des Werkstoffs, mit dem die Mikrostrukturkörper 6 überschichtet sind, parallel zur ersten Bezugsfläche 3 plan bearbeitet. Hierdurch wird eine zweite Bezugsfläche geschaffen, auf die der folgende Verfahrensschritt normiert wird. Die zweite Be¬ zugsfläche verläuft zur ersten genau parallel.

Wenn der Grundkörper (wie in Fig. 2a gezeigt) einen Metall¬ stempel 11 enthielt, wird dieser im nächsten Schritt entfernt. Hierzu wird beispielsweise der Metallstempel 11 festgehalten und der Verbund aus dem Kunststoff 6, 13 und dem über¬ schichtenden Werkstoff 14 parallel zu den Nuten (in den Fig. nicht dargestellt) vom Metallstempel 11 geschoben. Hierbei er¬ weist sich eine Oberflächenbeschichtung des Metallstempels oder die eingelegte Trennfolie 12 als vorteilhaft, weil da¬ durch die Haft- und Gleitreibung zwischen Metallstempel und Kunststoff stark vermindert wird. Wurde eine Trennfolie ver¬ wendet, kann diese durch einfaches Abziehen entfernt werden.

Durch die Oberflächenbearbeitung des überschichtenden Werk¬ stoffs wurde eine neue Bezugsfläche 15 geschaffen, die paral¬ lel zur ersten Bezugsfläche ist. Diese Bezugsfläche wird für die weitere Bearbeitung genutzt.

Nunmehr kann der (ggf. vom Metallstempel 11 gelöste) Grundkör¬ per parallel zur zweiten Bezugsfläche 15 auf seiner ersten Seite zumindest so weit abgetragen werden, bis der Struktur¬ grund 5 erreicht ist. Vom Grundkörper 1, 2 bleiben nach diesem Verfahrensschritt lediglich die Mikrostrukturkörper 6 beste- hen. Schließlich wird der Werkstoff 14 und gegebenenfalls die Schutz- oder Markierungsschicht (in den Fig. nicht darge¬ stellt) selektiv entfernt; damit liegen die oben beschriebenen Endprodukte 16 des Verfahrens vor.

Die selektive Entfernung des Werkstoffs 14 erfolgt vorzugs¬ weise durch selektives Auflösen des Werkstoffs 14 gegenüber dem Kunststoff der Mikrostrukturkörper 6. Alternativ kann die Oberfläche, in der die Mikrostrukturkörper freiliegen (Fig. 7) mit einer weiteren Schutz- oder Markierungsschicht bedeckt werden, wonach der Werkstoff 14 aufgelöst wird. Diese und die zuvor angebrachte Schutz- oder Markierungsschicht verhindern dabei, daß hierbei auch die Mikrostrukturkörper 6 angegriffen werden. Diese Schicht wird gegebenenfalls nachfolgend selektiv aufgelöst. Die Endprodukte 16 selbst können aus dem Lösungs¬ mittelbad abfiltriert werden.

Wurde - wie oben erwähnt - eine dicke Schutz- oder Markie¬ rungsschicht aufgebracht, kann diese Schicht alternativ auch selektiv gegenüber dem Werkstoff 14 und dem Kunststoff 6, 13 aufgelöst werden. In diesem Fall liegen die Endprodukte 16 frei in der Schicht aus dem Werkstoff 14.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren bilden die durch Abformen ei¬ nes mikrostrukturierten Werkzeugs erhaltenen Mikrostrukturkör¬ per direkt das Endprodukt des Verfahrens. Ein Umkopierschritt ist nicht erforderlich.

Mit dem erfindungsge äβen Verfahren sind Endprodukte aus sol¬ chen Kunststoffen herstellbar, die bisher nicht eingesetzt werden konnten. Dies betrifft insbesondere Endprodukte aus thermoplastischen Kunststoffen wie PVDF. PVDF zeichnet sich durch seine hohe chemische und thermische Beständigkeit und seine guten intrinsischen Gleiteigenschaften aus. Da es che¬ misch inert ist, kann es in der Medizin- und Lebensmitteltech¬ nologie eingesetzt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, daß in Kombination mit dem in der DE 41 26 877 Cl beschriebenen Verfahren ausge¬ hend von einem einzigen mikrostrukturierten Werkzeug sowohl eine Positiv- als auch eine Negativform hergestellt werden kann.

Als Endprodukte können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. Mikroventilsitze, uniporöse Filter, medizinische Implan¬ tate und Zahnräder hergestellt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Durchführungsbei¬ spielen näher erläutert.

Beispiel 1

Mit einem handelsüblichen Kunststoffhalbzeug aus PVDF wurde nach dem oben beschriebenen Prägeverfahren ein Grundkörper ge¬ fertigt. Dazu wurde das Halbzeug auf einen Metallstempel aus Edelstahl aufgelegt und bei einer Temperatur von ca. 185 °C in ein mikrostrukturiertes Werkzeug gepreßt. Bei ca. 125 °C wurde mit Hilfe des Metallstempels entformt. Die Verwendung einer Trennfolie zwischen Metallstempel und Kunststoff ist bei PVDF nicht erforderlich, da PVDF intrinsische Gleiteigenschaften aufweist«

Der Grundkörper weist einen mikrostrukturierten Bereich von ca. 1200 mm² Fläche auf. Insgesamt befinden sich 47 einzelne, nicht über ihre Stirnflächen zusammenhängende Mikrostruktur- komponenten auf dem Grundkörper, die ihrerseits in sich noch¬ mals mikrostrukturiert sind. Aus einem solchen Grundkörper können also in Parallelfertigung 47 Endprodukte gleichzeitig erhalten werden. Die Mikrostrukturkörper weisen eine Höhe von ca. 500 μm auf; die Stirnflächen sind 10 bis 200 μm breit. Das Aspektverhält¬ nis beträgt 25. Der Abstand der einzelnen Mikrostrukturkörper voneinander ist variabel.

Auf die mikrostrukturierte Seite dieses Grundkörpers wurde eine sehr dünne Goldschicht (ca. 20 nm) aufgestäubt.

Danach wurden die mit Gold beschichteten Mikrostrukturkörper durch Aufpolymerisieren mit einer ca. 4 mm dicken PMMA-Schicht überschichtet. Die Verarbeitung der PMMA-Schicht erfolgt bei Raumtemperatur. Der Aushärtevorgang wird durch Tempern bei ca. 100 °C beschleunigt.

Die Oberfläche der aufpolymerisierten PMMA-Schicht wurde mit einer Polierfräsmaschine parallel zur Unterseite des Metall¬ stempels, der ersten Bezugsfläche, bearbeitet.

Anschließend wurde der Metallstempel abgetrennt und die da¬ durch freigelegte Schicht bearbeitet. Die plane Fläche der PMMA-Überschichtung diente als Bezugsfläche für diesen Bear¬ beitungsschritt. Das PVDF wurde bis zur aufgestäubten Markie¬ rungsschicht aus Gold mit Hilfe einer Fräsmaschine (Grobbear¬ beitung) und einer Polierfräsmaschine (Feinbearbeitung) abge¬ tragen, so daß die Mikrostrukturkörper einzeln im Einbettmate¬ rial PMMA freilagen.

Das aufpolymerisierte PMMA wurde anschließend selektiv gegen¬ über den PVDF-Mikrostrukturkörpern in Ethylacetat bei ca. 80° C in einer Zeit von ca. 30 min aufgelöst. Schließlich wurde die Markierungsschicht aus Gold in Königswasser von den Mikrostrukturkörpern weggeätzt. Beispiel 2

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei jedoch ein Grundkörper aus PMMA verwendet wurde. Die Mikrostruktur¬ körper dieses Grundkörpers wurden ebenfalls mit einer aufge¬ stäubten Goldschicht überzogen. Der Werkstoff zum Überschich¬ ten bestand ebenfalls aus PMMA. Vor dem Auslösen des Werk¬ stoffs wurde die freiliegende Fläche der Mikrostrukturkörper durch erneutes Aufstäuben von Gold geschützt.

Beispiel 3

Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde wiederholt, wobei jedoch anstelle der aufgestäubten Markierungsschicht aus Gold eine ca. 50 nm dicke Kupferschicht durch Aufstäuben aufgebracht wurde. Die aufgestäubte Cu-Schicht wurde durch Aufgalvanisie¬ ren mit Cu auf eine Schichtdicke von ca. 50 μm erhöht und an¬ schließend mit PMMA Übergossen. Die Kupferschicht wurde ab¬ schließend durch ammonialkalische Chloritlösung als Lösungs¬ mittel selektiv gegenüber den angrenzenden PMMA-Schichten ent¬ fernt, wonach die mikrostrukturierten Endprodukte der Einbet¬ tungschicht entnommen werden konnten.

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen von mikrostrukturierten Körpern aus einem Kunststoff, bei dem a) ein mikrostrukturierter plattenförmiger Grundkörper ein¬ gesetzt wird, dessen erste Seite eine erste Bezugsfläche darstellt und dessen zweite Seite derart mikrostruktu¬ riert ist, daß sich auf einem Strukturgrund Mikrostruk¬ turkörper bestehend aus dem Kunststoff erheben, wobei der Strukturgrund und die Bezugsfläche zueinander pa¬ rallel verlaufen, b) die zweite, mikrostrukturierte Seite des Grundkörpers mit einem Werkstoff überschichtet wird, c) die Oberfläche des den Grundkörper überschichtenden Werkstoffs parallel zur ersten Bezugsfläche plan bear¬ beitet wird, wodurch eine zweite Bezugsfläche gebildet wird, d) der Grundkörper auf seiner ersten Seite zumindest soweit parallel zur zweiten Bezugsfläche abgetragen wird, bis der Strukturgrund erreicht ist, wonach e) der Werkstoff selektiv gegenüber dem Kunststoff entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper eingesetzt wird, der vollständig aus dem Kunststoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grundkörper aus einem Verbund des Kunststoffs mit einem Metall eingesetzt wird, bei dem die erste Seite durch das Metall und die zweite Seite durch den Kunststoff gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß ein Grundkörper eingesetzt wird, der auf seiner zweiten Seite mit einer Markierungs- und/oder Schutzschicht überzogen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff in der Weise selektiv gegenüber dem Kunststoff entfernt wird, daß die Markierungs- und/oder Schutzschicht selektiv sowohl gegenüber dem Werkstoff als auch dem Kunst¬ stoff herausgelöst wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschichtung der zweiten, mikrostrukturierten Seite des Grundkörpers gemäß Schritt b) in folgender Weise durch¬ geführt wird:

- Überschichten des StruktUrgrundes mit dem Werkstoff auf ein Niveau, das im Bereich der Höhe der Mikrostruktur¬ körper liegt,

- mechanische Bearbeitung der Mikrostrukturkörper,

- Überschichten der zweiten Seite des Grundkörpers mit den mechanisch bearbeiteten Mikrostrukturkörpern durch den Werkstoff.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der mikrostrukturierte plattenförmige Grund¬ körper durch Abformung eines mikrostrukturierten Werkzeugs mit Hilfe der an sich bekannten Vakuumpräge- , Reaktionsguß¬ oder Spritzgußverfahren hergestellt wird.