CH719575B1

CH719575B1 - Process for the additive manufacturing of a three-dimensional shaped body.

Info

Publication number: CH719575B1
Application number: CH000992/2022A
Authority: CH
Inventors: Zenker Matthias
Original assignee: Harting Ag
Priority date: 2022-04-06
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2025-04-15
Also published as: CH719575A2

Abstract

Ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Formkörpers mit metallisierten Bereichen umfasst folgende Schritte: Bereitstellen eines Photopolymers (PP) enthaltend Additive (A), welche in einem Laser-Direktstrukturierungsverfahren zum Herstellen der metallisierten Bereiche (M) verwendbar sind; additive Fertigung des dreidimensionalen Formkörpers (F) basierend auf einem Lithografie-Verfahren mit einer Prozessheizung zur Erwärmung des Photopolymers (PP); Durchführung des Laser-Direktstrukturierungsverfahrens bei dem additiv gefertigten dreidimensionalen Formkörper (F); und Metallisierung der zu metallisierenden Bereiche (M) des dreidimensionalen Formkörpers (F).A method for the additive manufacturing of a three-dimensional molded body with metallized regions comprises the following steps: providing a photopolymer (PP) containing additives (A) which can be used in a laser direct structuring process for producing the metallized regions (M); additive manufacturing of the three-dimensional molded body (F) based on a lithography process with a process heater for heating the photopolymer (PP); carrying out the laser direct structuring process on the additively manufactured three-dimensional molded body (F); and metallizing the regions (M) of the three-dimensional molded body (F) to be metallized.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines dreidimensionalen Formkörpers, sowie einen dreidimensionalen Formkörper. [0001] The present invention relates to a method for the additive manufacturing of a three-dimensional shaped body, as well as to a three-dimensional shaped body.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

[0002] Dreidimensionale Formkörper, sei es aus Metall, Kunststoff, oder Keramik, können mittels 3D-Drucks hergestellt werden, welches Fertigungsverfahren auch als additive Fertigung oder als generative Fertigung bezeichnet wird. Hierbei wird ein Ausgangsmaterial schichtweise zu einem Formkörper aufgebaut. Beispielsweise kann ein CAD-Modell des zu erstellenden Formkörpers als Grundlage für die spätere Ansteuerung des 3D-Druckers dienen. [0002] Three-dimensional molded bodies, whether made of metal, plastic, or ceramic, can be produced using 3D printing, a manufacturing process also known as additive manufacturing or generative manufacturing. In this process, a starting material is built up layer by layer to form a molded body. For example, a CAD model of the molded body to be created can serve as the basis for later controlling the 3D printer.

[0003] Gegenstück zu additiven Fertigungsverfahren bilden subtraktive Fertigungsverfahren oder Spritzgussverfahren. Spritzgussverfahren können auch zur Herstellung von Schaltungsträgern verwendet werden. In einem Spritzgussverfahren hergestellte dreidimensionale Schaltungsträger werden als Moulded Interconnect Devices (MID) bezeichnet. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein Formkörper in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzgussverfahren hergestellt. Das Spritzgussmaterial ist hierbei ein Kunststoff. Sollen nachfolgend metallisierte Bereiche auf dem Formkörper mittels der sogenannten Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) hergestellt werden, ist der Kunststoff mit für den LDS-Prozess nötigen Additiven versetzt. Anschließend werden die gewünschten Bereiche mittels eines Lasers aktiviert und strukturiert. Hierzu wird ein Laserstrahl auf den Formkörper gerichtet. Durch die Laserenergie des Lasers erfolgt eine Aktivierung des Additivs im Kunststoffmaterial. Hierdurch werden metallische Keime erzeugt. Treten nachfolgend diese metallischen Keime mit Metall wie etwa Kupfer in Kontakt, entsteht hierdurch eine Metallisierung der gewünschten Bereiche. Damit wird ein additiver Leiterbahnaufbau erzielt. Anschließend kann der spritzgegossene und metallisierte Formkörper mit den gewünschten Komponenten bestückt werden, um ein bestücktes Moulded Interconnect Device zu erhalten. [0003] Subtractive manufacturing processes or injection molding processes are counterparts to additive manufacturing processes. Injection molding processes can also be used to produce circuit boards. Three-dimensional circuit boards produced using an injection molding process are referred to as molded interconnect devices (MID). In a first step, a molded body is produced using a single-component or multi-component injection molding process. The injection molding material is a plastic. If metallized areas are subsequently to be produced on the molded body using so-called laser direct structuring (LDS), the plastic is mixed with the additives required for the LDS process. The desired areas are then activated and structured using a laser. For this purpose, a laser beam is directed onto the molded body. The laser energy of the laser activates the additive in the plastic material. This creates metallic nuclei. If these metallic nuclei subsequently come into contact with metal, such as copper, the desired areas are metallized. This results in an additive conductor track structure. The injection-molded and metallized molded body can then be equipped with the desired components to obtain a populated molded interconnect device.

[0004] In der additiven Fertigung werden je nach Werkstoff / Ausgangsmaterial unterschiedliche Verfahren angewandt. Das sogenannte Fused Deposition Modeling (FDM) kann dabei einen Kunststoff additiv verarbeiten, wie er auch im Spritzgussverfahren zur Herstellung von MIDs verwendet wird, beispielsweise einen ABS-Kunststoff. Hierbei wird der thermoplastische ABS-Kunststoff extrudiert, an gewünschten Rasterpunkten erwärmt und dann durch Abkühlen ausgehärtet, wodurch eine Schicht des dreidimensionalen Formkörpers erzeugt wird. Das Fused Deposition Modeling verfügt jedoch nicht über eine ausreichende Prozessgenauigkeit wie sie fur die Herstellung von Schaltungstragern gefordert ist. Dies liegt im Extrudierverfahren zum Aufbringen des Kunststoffs begründet. [0004] In additive manufacturing, different processes are used depending on the material/source material. Fused Deposition Modeling (FDM) can additively process a plastic similar to that used in injection molding for the production of MIDs, for example, ABS plastic. The thermoplastic ABS plastic is extruded, heated at desired grid points, and then cured by cooling, creating a layer of the three-dimensional molded body. However, fused deposition modeling does not have the sufficient process accuracy required for the production of circuit boards. This is due to the extrusion process used to apply the plastic.

[0005] Dieses führt zu einer unregelmässigen Oberfläche, weiche für kleinste metallisierte Strukturen z.B. im Bereich von < 100 µm, wie sie für die Fertigung von hochintegrierten Schaltungsträgern erforderiich sind, keine ausreichende Reproduzierbarkeit gewährleistet. Zwar mag eine kleinere Düse des Extruders für eine gleichmässigere Oberfläche des extrudierten Materials sorgen. Abgesehen davon, dass aber auch eine solche Massnahme noch immer nicht die erforderliche Prozessgenauigkeit liefert, verlangsamt diese Massnahme auch die Prozessdauer erheblich, da für das Generieren einer Schicht nun deutlich mehr Extruder-Spuren erforderiich sind. Insofern eignet sich das FDM-Verfahren, egal in welcher Ausbildung, nicht zum Herstellen von dreidimensionalen Schaltungsträgern ais Alternative zur MID-Technologie. [0005] This results in an irregular surface, which does not ensure sufficient reproducibility for the smallest metallized structures, e.g., in the range of < 100 µm, as required for the production of highly integrated circuit carriers. A smaller extruder nozzle may indeed ensure a more uniform surface of the extruded material. However, apart from the fact that even such a measure still does not provide the required process accuracy, it also significantly slows down the process time, since significantly more extruder tracks are now required to generate a layer. Therefore, the FDM process, regardless of its design, is not suitable for the production of three-dimensional circuit carriers as an alternative to MID technology.

[0006] Ein weiteres zu den additiven Fertigungsverfahren gehöriges Verfahren ist die Stereoiithographie (SLA), bei der ein Kunststoff in fiüssiger Phase dem Schichtaufbau dient. Der bis anhin ersteiite partieiie Formkörper wird zum Ersteiien einer weiteren Schicht in dem Kunststoff-Bad abgesenkt oder zum Kunststoff-Bad zugeführt. Ein Laser bestrahit diejenigen Rasterpunkte, die die weitere Schicht bilden sollen, und härtet damit den Kunststoff aus. Aiierdings haben Versuche der Anmeiderin gezeigt, dass sich das herkömmiiche SLA-Verfahren nicht für den Zusatz von Additiven eignet, wie sie für die Anwendung der Laser-Direkt-Strukturierung erforderiich sind. Die im SLA-Verfahren verwendeten Kunststoffe sind dabei nicht viskos genug, ais dass sich die zugesetzten Additive nicht aufgrund der Schwerkraft absetzen würden. Dies kann bei der additiven Fertigung aber zu Bereichen führen, weiche nur eine geringe Konzentration von Additiven aufweisen. In diesen Bereichen können in der Laser-Direkt-Strukturierung dann nicht ausreichend Metallisierungskeime gebildet werden, sodass eine durchgängige Metallisierung nicht gewährleistet ist. [0006] Another additive manufacturing process is stereolithography (SLA), in which a plastic in the liquid phase is used to build up layers. The previously formed partial molded body is lowered into the plastic bath or fed into the plastic bath to create a further layer. A laser irradiates the grid points that are to form the further layer, thereby curing the plastic. However, the applicant's experiments have shown that the conventional SLA process is not suitable for the addition of additives such as those required for laser direct structuring. The plastics used in the SLA process are not viscous enough for the added additives to settle due to gravity. However, this can lead to areas with only a low concentration of additives in additive manufacturing. In these areas, sufficient metallization nuclei cannot be formed during laser direct structuring, so that continuous metallization cannot be guaranteed.

Darstellung der ErfindungDescription of the invention

[0007] Es ist insofern Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur additiven Fertigung von dreidimensionalen Schaltungsträgern vorzusehen, welches die erforderliche Prozessgenauigkeit einhält und die Metallisierung von Bereichen oder Leiterbahnen mittels Laser-Direkt-Strukturierung (LDS) sicherstellt. [0007] It is therefore an object of the present invention to provide a method for the additive manufacturing of three-dimensional circuit carriers which maintains the required process accuracy and ensures the metallization of areas or conductor tracks by means of laser direct structuring (LDS).

[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. [0008] This object is achieved by a method according to claim 1.

[0009] Somit wird ein Verfahren zur lithographiebasierten additiven Fertigung von dreidimensionalen Formkörpern vorgeschlagen, weiche Formkörper dreidimensionale Schaltungsträger im Sinne von Moulded Interconnect Devices (MID) repräsentieren, weiche aiierdings nicht spritzgegossen sondern additiv gefertigt sind. Das verwendete stereo-lithographiebasierte additive Fertigungsverfahren (SLA) bedient sich dabei einer Prozessheizung. Es wird deshaib auch Hot-Lithographie-Verfahren genannt. Um das Hot-Lithography-Verfahren kompatibei mit dem LDS Verfahren zu machen, werden einem für das SLA-Verfahren geeigneten Photopoiymer Additive hinzugefügt, weiche eine Laser-Direkt-Strukturierung eriauben. [0009] Thus, a method for the lithography-based additive manufacturing of three-dimensional molded bodies is proposed, which molded bodies represent three-dimensional circuit carriers in the sense of molded interconnect devices (MIDs), which, however, are not injection-molded but additively manufactured. The stereolithography-based additive manufacturing (SLA) process used utilizes process heating. It is therefore also called a hot lithography process. To make the hot lithography process compatible with the LDS process, additives that enable laser direct structuring are added to a photopolymer suitable for the SLA process.

[0010] Die Verfahrensschritte vor dem Laserstrukturierungsprozess sind mit diesem Verfahren ausreichend genau und prozesssicher und reproduzierbar. Der additiv ersteiite Formkörper weist eine ausreichende Schichtaufiösung und Oberfiächengüte auf. Gemäß der Erfindung wird aiso vorgeschiagen, statt des Fusion Deposition Modeiings für die Verfahrensschritte vor dem Laserstrukturierungsprozess ein Hot-Lithography-Verfahren zu verwenden, d. h. ein iithographiebasiertes Verfahren mit einer Prozessheizung. Die Prozessheizung dient dazu, das für die additive Ersteiiung des dreidimensionaien Formkörpers verwendete thermopiastische Photopoiymer auf eine Zieitemperatur zu erwärmen, die eine für den Lithographie-Prozess ausreichend geringe, zweite Viskosität V2, und damit eine gieichmässige Benetzung der zuvor ersteiiten Schicht durch das Photopoiymer für das SLA-Verfahren sichersteiit., Durch die Erwärmung des in seiner ersten, hohen Viskosität V1 vorliegenden photoaktiven Ausgangsmateriais, wird seine Viskosität verringert auf die zweite Viskosität V2, die geringer ist ais die erste Viskosität V1, und die insbesondere eine fiüssige Phase des Photopoiymers darsteiit, wohingegen die erste Viskosität eine zähfiüssige Phase des Photopoiymers darsteiit. Vorzugsweise ist die zweite Viskosität V2 kieiner ais 10<3>mPa*s, wohingegen die erste Viskosität V1 grösser oder gieich 10<3>mPa*s ist. [0010] The process steps prior to the laser structuring process are sufficiently precise, reliable, and reproducible with this method. The additively produced molded body exhibits sufficient layer resolution and surface quality. According to the invention, it is therefore proposed to use a hot lithography process, i.e., a lithography-based process with a process heater, instead of fusion deposition modeling for the process steps prior to the laser structuring process. The process heater serves to heat the thermoplastic photopolymer used for the additive creation of the three-dimensional molded body to a target temperature that ensures a sufficiently low second viscosity V2 for the lithography process, and thus uniform wetting of the previously created layer by the photopolymer for the SLA process. By heating the photoactive starting material in its first, high viscosity V1, its viscosity is reduced to the second viscosity V2, which is lower than the first viscosity V1 and, in particular, represents a liquid phase of the photopolymer, whereas the first viscosity represents a viscous phase of the photopolymer. Preferably, the second viscosity V2 is less than 10<3>mPa*s, whereas the first viscosity V1 is greater than or equal to 10<3>mPa*s.

[0011] Vorzugsweise weist das Photopoiymer die erste, hohe Viskosität V1 bei Raumtemperatur auf. Vorzugsweise erwärmt die Prozessheizung das Photopoiymer auf eine Temperatur grösser ais Raumtemperatur. Vorzugsweise ist die Zieitemperatur, die das Photopoiymer aufgrund der Erwärmung erreicht, grösser ais 40 °C, vorzugsweise grösser ais 50 °C oder 60 °C. [0011] Preferably, the photopolymer has the first, high viscosity V1 at room temperature. Preferably, the process heater heats the photopolymer to a temperature greater than room temperature. Preferably, the target temperature reached by the photopolymer due to the heating is greater than 40°C, preferably greater than 50°C or 60°C.

[0012] Zudem sind Photopoiymere im hochviskosen Zustand typischerweise niedrig chemisch reaktiv, und erst im niederviskosen Zustand chemisch reaktiv. Gegenüber der Standard-Stereo-Lithographie können nun auch hitzebeständigere Photopoiymere verwendet werden. Dies ist insbesondere von Vorteii, wenn, wie vorgesehen, der ersteiite Formkörper ais Schaitungsträger verwendet wird. Denn auf diesen Schaitungsträger werden üblicherweise Bauteiie geiötet, unter Hitzeeinwirkung auch auf den Formkörper. [0012] In addition, photopolymers are typically chemically reactive in the high-viscosity state, and only become chemically reactive in the low-viscosity state. Compared to standard stereolithography, more heat-resistant photopolymers can now be used. This is particularly advantageous if, as planned, the first molded body is used as a circuit carrier. Components are typically soldered onto this circuit carrier, including onto the molded body, under the influence of heat.

[0013] Durch die Erwärmung des Photopolymers kurz vor der Aushärtung in der SLA-Fertigung kann das Photopolymer wiederum in seiner hochviskosen Form gelagert, transportiert und als Ausgangsmaterial bereitgestellt werden. Diese hohe Viskosität stellt das Beibehalten der gleichmässigen Verteilung und / oder gleichmässigen räumlichen Konzentration der für die Laser-Direkt-Strukturierung erforderlichen beigemengten Additive sicher, wenn die Additive einmal eingebracht und gleichmässig im Ausgangsmaterial verteilt sind. Damit wird aber auch die gleichmässige Verteilung und / oder gleichmässige räumliche Konzentration der Additive im niederviskosen Zustand kurz nach Erhitzung und damit bei der Belichtung / Aushärtung erzielt. [0013] By heating the photopolymer shortly before curing in SLA production, the photopolymer can be stored, transported, and made available as a starting material in its highly viscous form. This high viscosity ensures the maintenance of the uniform distribution and/or uniform spatial concentration of the additives required for direct laser structuring once the additives have been introduced and evenly distributed throughout the starting material. This also ensures the uniform distribution and/or uniform spatial concentration of the additives in the low-viscosity state shortly after heating and thus during exposure/curing.

[0014] Gemäß der Erfindung wird also erreicht, dass sich die LDS-Additive in dem Harz (d. h. dem Photopolymer) nicht entmischen können. Damit kann ein sicherer LDS-Prozess mit einer homogonen Verteilung der Additive in dem Formkörper bzw. dem Bauteil erreicht werden. [0014] According to the invention, it is thus achieved that the LDS additives cannot separate in the resin (i.e., the photopolymer). This allows for a reliable LDS process with a homogeneous distribution of the additives in the molded body or component.

[0015] Gemäß der Erfindung wird somit ein modifiziertes Stereo-Lithographie-Verfahren verwendet, um Photopolymere bzw. Harze, welche LDS-Additive aufweisen, in einer lithographiebasierten additiven Fertigung zu einem gewünschten dreidimensionalen Formkörper umzubauen. Damit können hochviskose Harze als Ausgangsmaterialien für den Schichtaufbau in generativen Verfahren verwendet werden, die wiederum ein entbindungsfreies Einbetten von LDS-Additiven ermöglichen. Die Konvertierung der hochviskosen Harze in für das SLA-Verfahren erforderliche niederviskose Harze durch Erwärmung erfoigt durch eine Prozessheizung, vorzugsweise zugehörig zu einem für die additive Fertigung vorgesehenen 3D-Druckers. Die Erwärmung erfolgt also vorzugsweise im Rahmen der Zufuhr des Harzes in den Bauraum des 3D-Druckers, oder im Rahmen der Zufuhr an denjenigen Ort im Bauraum, an dem das Harz in seiner dann flüssigen Phase in Kontakt mit der zuvor erstellten Schicht des bis dato partiell erstellten Formkörpers tritt. Damit ist eine Fertigung von MID-ähnlichen Formkörpern in einem speziellen Stereo-Lithographieverfahren [SLA], z.B. dem Hot-Lithography-Verfahren, möglich. [0015] According to the invention, a modified stereolithography process is used to convert photopolymers or resins containing LDS additives into a desired three-dimensional molded body in lithography-based additive manufacturing. High-viscosity resins can thus be used as starting materials for the layer structure in generative processes, which in turn enable the debinding-free embedding of LDS additives. The conversion of the high-viscosity resins into the low-viscosity resins required for the SLA process by heating is carried out by a process heater, preferably associated with a 3D printer intended for additive manufacturing. Thus, heating preferably takes place as part of the supply of the resin into the build space of the 3D printer, or as part of the supply to the location in the build space where the resin, in its then liquid phase, comes into contact with the previously created layer of the previously partially created molded body. This makes it possible to manufacture MID-like molded bodies using a special stereolithography process [SLA], e.g. the hot lithography process.

[0016] Vorzugsweise erfolgen die nachfolgenden Schritte in der additiven Fertigung des Formkörpers je Generation einer Schicht repetitiv: a) Erwärmen des im Zustand seiner ersten Viskosität V1 vorliegenden Photopolymers mittels der Prozessheizung; b) Bereitstellen des infolge der Erwärmung in seiner zweiten Viskosität V2 vorliegenden Photopolymers am Ort einer zuvor generierten Schicht des Formkörpers; c) Aushärten des bereitgestellten Photopolymers durch Belichtung mittels eines ersten Lasers zum Generieren einer neuen Schicht auf der zuvor generierten Schicht.[0016] Preferably, the following steps in the additive manufacturing of the molded body are carried out repetitively for each generation of a layer: a) heating the photopolymer in the state of its first viscosity V1 by means of the process heater; b) providing the photopolymer in its second viscosity V2 as a result of the heating at the location of a previously generated layer of the molded body; c) curing the provided photopolymer by exposure by means of a first laser to generate a new layer on the previously generated layer.

[0017] Vorzugsweise wiederholen sich die Schritte a) bis c) für jede zu ersteiiende Schicht. Vorzugsweise werden die Schritte a) bis c) aiiesamt im Bauraum durchgeführt. Aiierdings kann die Prozessheizung in einer Ausführung auch ausserhaib des Bauraums iiegen und das bereits erwärmte Harz dem Bauraum zugeführt werden, beispieisweise über eine Leitung. In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Prozessheizung eine beheizbare Kartusche, welche das durch die Kartusche geführte Photopolymer erwärmt und in niedriger Viskosität V2 ausgibt. Die Kartusche kann im Bauraum angeordnet sein, oder ausserhaib des Bauraums. Der Bauraum ist dabei typischerweise definiert als derjenige Behälter, in dessen Volumen der Formkörper additiv aufgebaut wird, vorzugsweise angeordnet auf einer beweglichen Plattform. Letztere kann gesteuert bewegt werden, insbesondere vertikal, um nach dem Aushärten einer Schicht diese in Kontakt zu bringen mit der flüssigen Phase des im Behälter befindlichen Photopolymers zum Erstellen der nächsten Schicht, oder um den partiell gefertigten Formkörper im Kunststoff-Bad weiter abzusenken, sodass das Bad die zuletzt gehärtete Schicht überdeckt. Alle diese Varianten sollen unter den Ausdruck des „Bereitstellens des niederviskosen Materials am Ort der zuvor erstellten Schicht“ fallen; also insbesondere auch die Varianten: Zuführen des partiellen Formkörpers zum niederviskosen Material; Zuführen des niederviskosen Materials zum Formkörper; Erwärmen des hochviskosen Materials am Ort der zuvor erstellten Schicht. Gemäss der letzten Variante kann also das Bereitstellen des niederviskosen Materials am Ort der zuvor erstellten Schicht auch das Bereitstellen des hochviskosen Ausgangsmaterials an diesem Ort und die Erwärmung an diesem Ort umfassen, etwa bei der Beheizung des gesamten Bauraums, oder bei ortsselektiver Beheizung dieses Ortes. Dabei kann die Prozessheizung konstant aktiv sein, oder pulsierend und zumindest zu den Zeiten aktiv, in denen das hochviskose Material in seinen niederviskosen Zustand konvertiert werden soil. [0017] Preferably, steps a) to c) are repeated for each layer to be created. Preferably, steps a) to c) are carried out entirely within the build space. However, in one embodiment, the process heater can also be located outside the build space and the already heated resin can be fed into the build space, for example via a line. In a further development of the invention, the process heater comprises a heatable cartridge which heats the photopolymer fed through the cartridge and dispenses it at a low viscosity V2. The cartridge can be arranged within or outside the build space. The build space is typically defined as the container in whose volume the molded body is additively built up, preferably arranged on a movable platform. The latter can be moved in a controlled manner, particularly vertically, to bring a layer into contact with the liquid phase of the photopolymer in the container after curing to create the next layer, or to lower the partially produced molded body further in the plastic bath so that the bath covers the last cured layer. All of these variants are intended to fall under the term "providing the low-viscosity material at the location of the previously created layer"; thus, in particular, also the variants: feeding the partial molded body to the low-viscosity material; feeding the low-viscosity material to the molded body; heating the high-viscosity material at the location of the previously created layer. According to the last variant, the provision of the low-viscosity material at the location of the previously created layer can also include the provision of the high-viscosity starting material at this location and heating it at this location, for example, when heating the entire build space or when heating this location selectively. The process heating can be constantly active or pulsating and active at least at the times when the high-viscosity material is to be converted into its low-viscosity state.

[0018] In einer anderen Weiterbildung ist die Prozessheizung ausgebildet zum Erwärmen des gesamten Bauraums entweder alleinig, oder in Verbindung mit einer separaten Heizung zum dezidierten Erwärmen des hochviskosen Materials. In erster Variante wird das hochviskose Harz in den Bauraum eingeführt und kontinuierlich während des Aufbaus der Schichten erwärmt. Auch in dieser Ausführung kann das Harz in hochviskoser Form gelagert und transportiert werden. Ist die vorzugsweise zum vollständigen Erstellen des Formkörpers ausreichenden Menge des hochviskosen Photopolymers in den Bauraum eingebracht, wird es dort kontinuierlich erhitzt, entweder solange bis alle Schichten des Formkörpers erstellt sind, oder solange das Material im Bauraum ist aufgebraucht ist. [0018] In another embodiment, the process heater is designed to heat the entire build chamber, either alone or in conjunction with a separate heater for the dedicated heating of the highly viscous material. In the first variant, the highly viscous resin is introduced into the build chamber and continuously heated during the build-up of the layers. In this embodiment, too, the resin can be stored and transported in highly viscous form. Once the amount of highly viscous photopolymer, preferably sufficient to completely create the molded body, has been introduced into the build chamber, it is continuously heated there, either until all layers of the molded body have been created or until the material in the build chamber is used up.

[0019] In einer anderen Weiterbildung wird das Harz aber portionsweise entweder dem Bauraum oder dem o.g. Ort zugeführt, vorzugsweise als Portion für eine oder wenige (kleiner gleich fünf) Schichten. Dies verringert die Neigung der Additive, sich im niederviskosen Material im Bauraum abzusetzen aufgrund einer nur kurzen Verweildauer im niederviskosen Zustand. [0019] In another embodiment, however, the resin is added in portions either to the build chamber or to the aforementioned location, preferably as a portion for one or a few (less than five) layers. This reduces the tendency of the additives to settle in the low-viscosity material in the build chamber due to the short residence time in the low-viscosity state.

[0020] In einer vorteilhaften Weiterbildung, insbesondere, wenn das Harz portionsweise erwärmt wird und/oder die Erwärmung durch eine separate Prozessheizung und/oder ausserhalb des Bauraums erfolgt, wird dennoch auch der Bauraum kontinuierlich geheizt während der additiven Fertigung in Bauraum. Es ist vorteilhaft, den bereits partiell durch Belichtung erstellten Formkörper auf gleicher oder ähnlicher Temperatur (+/-20%) wie das bereitgestellte, niederviskose Harz zu halten. Dies vermeidet durch einen Temperaturgradienten induzierte mechanische Spannungen im Formkörper. [0020] In an advantageous development, particularly when the resin is heated in portions and/or the heating is performed by a separate process heater and/or outside the build chamber, the build chamber is nevertheless heated continuously during additive manufacturing in the build chamber. It is advantageous to keep the molded body, which has already been partially created by exposure, at the same or similar temperature (+/-20%) as the provided, low-viscosity resin. This avoids mechanical stresses in the molded body induced by a temperature gradient.

[0021] Vorzugsweise wird das niederviskose Material / der niederviskose Photopolymer am Ort der neu aufzubauenden Schicht belichtet, vorzugsweise mittels eines Lasers, und dadurch ausgehärtet und verfestigt. Hierdurch entsteht eine weitere Schicht im Schichtaufbau des Formkörpers, mit einer räumlich im Wesentlichen gleichverteilten Konzentration der Additive für die spätere Laser-Direkt-Strukturierung. [0021] Preferably, the low-viscosity material/photopolymer is exposed to light at the location of the newly formed layer, preferably by means of a laser, and thereby cured and solidified. This creates a further layer in the layer structure of the molded body, with a spatially substantially uniformly distributed concentration of the additives for subsequent laser direct structuring.

[0022] Vorzugsweise erfoigt die Herstellung der Schichten, also die additive Fertigung, computergestützt, vorzugsweise vollautomatisiert in einem Bauraum eines entsprechenden 3D-Druckers, und bevorzugt durch eine entsprechend programmierte Steuerung des 3D-Druckers. [0022] Preferably, the production of the layers, i.e. additive manufacturing, is carried out computer-aided, preferably fully automated in a construction space of a corresponding 3D printer, and preferably by a correspondingly programmed control of the 3D printer.

[0023] Hinsichtlich der Direkt-Laser-Strukturierung ist es bevorzugt, den additiv erstellten dreidimensionalen Formkörper aus dem 3D-Drucker, vorzugsweise mittels geeigneter Robotik zu entnehmen, und zu einem anderen Werkplatz ausserhalb des 3D-Druckers zu verbringen, zum Herstellen der metallisierten Bereiche auf der Oberfläche des Formkörpers. An diesem anderen Werkplatz ist vorzugsweise ein (in der Nomenklatur gegenüber dem ersten Laser des 3D-Druckers) zweiter Laser vorgesehen. Mittels dieses zweiten Lasers wird der Formkörper in den Bereichen, die metallisiert werden sollen, bestrahlt, z.B. werden mit dem zweiten Laser Leiterbahnen „geschrieben“. Hierdurch werden in diesen Bereichen die beigesetzten Additive im Formkörper aktiviert, d.h. aus dem Additiv Metallkeime abgespalten. In einem weiteren Schritt, bevorzugt an einem weiteren Werkplatz, wird dann Metall, beispielsweise Kupfer, der Oberfläche des Formkörpers zugeführt. Das Metall bindet selektiv an den zuvor durch den zweiten Laser bestrahlten Bereichen an durch chemischreduktive Katalyse, sodass diese Bereiche zu metallisierten Bereichen auf dem Formkörper werden. [0023] With regard to direct laser structuring, it is preferable to remove the additively produced three-dimensional molded body from the 3D printer, preferably using suitable robotics, and to transport it to another workstation outside the 3D printer for producing the metallized areas on the surface of the molded body. A second laser (in the nomenclature, compared to the first laser of the 3D printer) is preferably provided at this other workstation. Using this second laser, the molded body is irradiated in the areas to be metallized; for example, conductor tracks are "written" with the second laser. This activates the additives added to the molded body in these areas, i.e., metal nuclei are split off from the additive. In a further step, preferably at another workstation, metal, for example, copper, is then supplied to the surface of the molded body. The metal binds selectively to the areas previously irradiated by the second laser through chemical reductive catalysis, so that these areas become metallized areas on the molded body.

[0024] Solche metallisierten Bereiche können in der späteren Anwendung des dreidimensionalen Formkörpers als Schaltungsträger als Leiterbahnen, oder Kontaktstellen, oder Antennen, oder thermische Leitflächen, oder elektromagnetische Schirmungen dienen. [0024] Such metallized areas can serve as conductor tracks, or contact points, or antennas, or thermal conducting surfaces, or electromagnetic shielding in the later application of the three-dimensional shaped body as a circuit carrier.

[0025] Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein dreidimensionaler Formkörper mit metallisierten Bereichen angegeben, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. [0025] According to a further aspect of the present invention, a three-dimensional shaped body with metallized regions is provided, produced by a method according to one of the preceding embodiments.

[0026] Der Formkörper ist also ein dreidimensionaler Schaltungsträger und ist dahingehend dreidimensional ausgestaltet, als er gegenüber einem planaren zweidimensionalen Schaltungsträger wie der herkömmlichen Leiterplatte (PCB) eine Erstreckung in die dritte /vertikale Dimension aufweist, welche über die üblicherweise geringe Dicke einer herkömmlichen Leiterplatte hinausgeht. Der 3D Schaltungsträger als solcher weist Leiterzüge und leitende Flächen auf. Der dreidimensionale Schaltungsträger ist in seiner Funktionalität vergleichbar mit einem dreidimensionalen MID (Moulded Interconnect Device). Er ist allerdings nicht spritzgegossen, sondern additiv hergestellt, bevor mittels der LDS die gewünschten Bereiche metallisiert werden. [0026] The molded body is thus a three-dimensional circuit carrier and is designed three-dimensionally in that, compared to a planar two-dimensional circuit carrier such as a conventional printed circuit board (PCB), it extends into the third/vertical dimension, which extends beyond the typically small thickness of a conventional printed circuit board. The 3D circuit carrier as such has conductor tracks and conductive surfaces. The three-dimensional circuit carrier is comparable in functionality to a three-dimensional MID (Molded Interconnect Device). However, it is not injection-molded, but rather additively manufactured before the desired areas are metallized using LDS.

[0027] Das vorgeschlagene Verfahren ist vorteilhaft, da mit ihm nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen erstellt und zur Leiterplatte gestaltet werden können. Mit dem vorliegenden Verfahren können auch Metallflächen, die im Inneren des 3D Schaltungsträgers liegen und z.B. als Massefläche dienen, hergestellt werden. So wird beispielweise ein Formkörper additiv hergestellt. Bereiche dieses Formkörpers werden dann zum Erstellen von metallisierten Bereichen auf seinen Aussenflächen der Laser-Direktstrukturierung unterzogen. Dieser teilweise metallisierte Formkörper kann dann nochmals in den 3D-Drucker gelegt werden. Auf die metallisierten Bereiche wie auch auf andere nicht metallisierte Bereiche werden dann weitere Schichten additiv aufgebaut. Der daraus resultierende Formkörper wird dann abermals an seinen Aussenflächen Laser-direktstrukturiert zum Erzeugen der metallisierten Bereiche. [0027] The proposed method is advantageous because it can be used to create almost any three-dimensional structure and design it into a printed circuit board. The present method can also be used to produce metal surfaces located inside the 3D circuit carrier, which serve, for example, as a ground plane. For example, a molded body is additively manufactured. Areas of this molded body are then subjected to laser direct structuring to create metallized areas on its outer surfaces. This partially metallized molded body can then be placed again in the 3D printer. Additional layers are then additively built up on the metallized areas as well as on other non-metallized areas. The resulting molded body is then again laser direct structured on its outer surfaces to create the metallized areas.

[0028] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. [0028] Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

[0029] Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 zeigt ein Laserdirekt-Strukturierungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und Fig. 4 zeigt ein das Verfahren repräsentierende Diagramm gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.[0029] Advantages and embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 shows a flowchart of a method according to a first embodiment, Fig. 2 shows a flowchart of a method according to a second embodiment, Fig. 3 shows a laser direct structuring method according to a third embodiment, and Fig. 4 shows a diagram representing the method according to a further embodiment.

Detaillierte FigurenbeschreibungDetailed character description

[0030] Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Zur lithographiebasierten additiven Fertigung von dreidimensionalen Formkörpern wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein Lithographieverfahren verwendet. Hierzu wird in Schritt S1 ein dreidimensionales CAD Modell des herzustellenden Formkörpers erstellt. In Schritt S2 wird das dreidimensionale Modell in eine Mehrzahl von Schichten aufgeteilt. In Schritt S3 wird das Lithographiesystem vorbereitet. In Schritt S4 erfoigt eine lithographiebasierte additive Fertigung des dreidimensionalen Formkörpers basierend auf den in Schritt S2 ermittelten Schichten. In Schritt S5 wird der hergestellte Formkörper entfernt und in Schritt S6 wird der Formkörper gesäubert und ggf. nachbearbeitet. In Schritt S7 erfolgt eine weitere Nachbearbeitung des hergestellten Formkörpers in einem Laserdirekt-Strukturierungsverfahren LDS. [0030] Fig. 1 shows a flowchart of a method according to a first exemplary embodiment. For the lithography-based additive manufacturing of three-dimensional molded bodies, a lithography method is used according to the first exemplary embodiment. For this purpose, in step S1, a three-dimensional CAD model of the molded body to be produced is created. In step S2, the three-dimensional model is divided into a plurality of layers. In step S3, the lithography system is prepared. In step S4, lithography-based additive manufacturing of the three-dimensional molded body takes place based on the layers determined in step S2. In step S5, the manufactured molded body is removed, and in step S6, the molded body is cleaned and, if necessary, post-processed. In step S7, the manufactured molded body is further post-processed using a laser direct structuring (LDS) method.

[0031] Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend werden die Schritte zur lithographiebasierten additiven Fertigung des dreidimensionalen Formkörpers aus Schritt S4 beschrieben. In Schritt S41 wird das fotoaktive Polymer (beispielsweise ein Photopolymer) beispielsweise aus einer Kartusche in Schichten in einen Beschichter eingebracht. Die Kartusche kann eine Heizeinheit aufweisen, so dass das Material aus einer beheizten Kartusche in den Beschichter eingebracht werden kann. In Schritt S42 wird eine Bauplattform in bzw. an die Materialplattform bis zu einem definierten Abstand angenähert und das Photopolymer wird mit Licht oder einer elektromagnetischen Strahlung bestrahlt. Insbesondere wird die Bauplattform auf die Höhe der Schichtdecke abgesenkt und das Material wird beispielsweise durch einen Laser belichtet. In Schritt S43 wird die Bauplattform nach der Belichtung angehoben, um das belichtete Material von der Materialplattform abzulösen und neues Material mittels des Beschichters aufzutragen. In Schritt S44 wird dieser Vorgang wiederholt, bis der gewünschte Formkörper erhalten wird. In Schritt S45 erfolgt eine Reinigung des Formkörpers, um unerwünschtes Material zu entfernen. In Schritt S46 erfolgt ein Aushärten des Materials, beispielsweise durch eine UV-Bestrahlung und/oder durch eine Erwärmung des Materials. [0031] Fig. 2 shows a flowchart of a method according to a second embodiment. The steps for the lithography-based additive manufacturing of the three-dimensional molded body from step S4 are described below. In step S41, the photoactive polymer (for example, a photopolymer) is introduced into a coater in layers, for example, from a cartridge. The cartridge can have a heating unit so that the material can be introduced into the coater from a heated cartridge. In step S42, a build platform is moved into or near the material platform up to a defined distance, and the photopolymer is irradiated with light or electromagnetic radiation. In particular, the build platform is lowered to the height of the layer ceiling, and the material is exposed, for example, by a laser. In step S43, the build platform is raised after exposure to detach the exposed material from the material platform and apply new material using the coater. In step S44, this process is repeated until the desired molded body is obtained. In step S45, the molded body is cleaned to remove unwanted material. In step S46, the material is cured, for example, by UV irradiation and/or by heating the material.

[0032] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das System zum additiven Fertigen des dreidimensionalen Formkörpers eine Prozessheizung auf, so dass das Photopolymer während des Herstellprozesses auf die benötigte Temperatur erhitzt bzw. erwärmt werden kann. Dies kann durch eine beheizbare Kartusche für das Polymer oder durch eine Beheizung des Polymers nach dem Austritt aus der Kartusche erfolgen. [0032] According to one aspect of the present invention, the system for additively manufacturing the three-dimensional molded body comprises a process heater so that the photopolymer can be heated to the required temperature during the manufacturing process. This can be done by a heatable cartridge for the polymer or by heating the polymer after it exits the cartridge.

[0033] Fig. 3 zeigt ein Laserdirekt-Strukturierungsverfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. In Fig. 3 wird die Nachverarbeitung gemäß Schritt S7 weiter definiert. In Schritt S71 erfolgt eine Strukturierung des Formkörpers mit einem Laser basierend auf einem Laserdirekt-Strukturierungsverfahren LDS. Während bei dem standardgemäßen Laserdirekt-Strukturierungsverfahren der Formkörper in einem Einkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt wird, wird dieser Formkörper gemäß der Erfindung wie in Fig. 2 beschrieben basierend auf einem Lithographieverfahren mit einer Prozessheizung hergestellt. In Schritt S72 erfolgt eine Metallisierung der gewünschten Leiterbahnung und Kontakte auf oder in dem Formkörper. [0033] Fig. 3 shows a laser direct structuring method according to a third embodiment. In Fig. 3, the post-processing according to step S7 is further defined. In step S71, the molded body is structured with a laser based on a laser direct structuring method (LDS). While in the standard laser direct structuring method, the molded body is produced using a single-component injection molding process, this molded body according to the invention is produced based on a lithography process with process heating, as described in Fig. 2. In step S72, the desired conductor paths and contacts on or in the molded body are metallized.

[0034] In Schritt S73 kann optional eine finale Metallisierung mit NiP-Au erfolgen. Anschließend kann in Schritt S74 eine optische und/oder elektronische Prüfung erfolgen. Danach kann das Herstellungsverfahren des Formkörpers beendet werden. [0034] In step S73, a final metallization with NiP-Au can optionally be performed. Subsequently, in step S74, an optical and/or electronic inspection can be performed. The molded body manufacturing process can then be terminated.

[0035] Fig. 4 zeigt ein Diagramm, welches das Verfahren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel illustriert. Hierbei referenzieren (1) eine 3D-Druck-Arbeitsstation, (2) eine LDS-Station und (3) eine Metallisierungsstation, beispielsweise eine Galvanik. Die 3D-Druck-Arbeitsstation weist einen Bauraum 1 auf, mit einer darin verschieblich gelagerten Plattform zum Tragen des zu erstellenden Formkörpers F, bzw. seiner Vorgängerstufen (partielle Formkörper pF). Der Formkörper F wird additiv aus Schichten S im Bauraum 1 gefertigt. In vorliegendem Beispiel ist ein Vorratsbehälter 5 ausserhalb des Bauraums 1 vorgesehen, der mit einem mit Additiven A versetzten Photopolymer PP in hochviskoser Form gefüllt ist. [0035] Fig. 4 shows a diagram illustrating the method according to a further exemplary embodiment. Reference is made here to (1) a 3D printing workstation, (2) an LDS station, and (3) a metallization station, for example, an electroplating station. The 3D printing workstation has a build space 1 with a movably mounted platform for supporting the molded body F to be created, or its precursor stages (partial molded bodies pF). The molded body F is additively manufactured from layers S in the build space 1. In the present example, a storage container 5 is provided outside the build space 1, which is filled with a highly viscous photopolymer PP mixed with additives A.

[0036] Über eine Leitung 51 wird das hochviskose Photopolymer einer beheizbaren Kartusche 12 innerhalb des Bauraums 1 zugeführt, in welcher Kartusche 12 das hochviskose Photopolymer PP erhitzt und als niederviskoses Photopolymer PP in den Bauraum 1 ausgegeben wird, nach wie vor mit im Wesentlichen räumlich gleichverteilten Additive A. Insbesondere ist die Plattform 11 so gesteuert, dass die zuletzt gefertigte Schicht am Ort O vom Bad des niederviskosen Photopolymers PP benetzt wird. Mittels eines ersten Lasers 13 wird das niederviskose Photopolymer am Ort O ausgehärtet und bildet eine weitere Schicht am partiellen Formkörper F. Zusätzlich kann eine schematisch eingezeichnete Heizung 14 für den gesamten Bauraum 1 vorgesehen sein, die den Bauraum 1 auf einer etwa gleichbleibenden Temperatur hält. Ist der Formkörper F additiv mit allen Schichten S vervollständigt, wird er zur LDS-Station (2) transportiert. Dort wird mit einem zweiten Laser 2 eine Struktur für eine spätere Leiterbahn in die Oberfläche des Formkörpers F im LDS-Verfahren geschrieben. Der so behandelte Formkörper F wird dann in der Metallisierungsstation (3) Metallpartikeln ausgesetzt, die chemisch an die Laser-strukturierten Bereiche anbinden und damit metallisierte Bereiche M bilden. [0036] Via a line 51, the high-viscosity photopolymer is fed to a heatable cartridge 12 within the build space 1, in which cartridge 12 the high-viscosity photopolymer PP is heated and dispensed into the build space 1 as low-viscosity photopolymer PP, still with essentially spatially uniformly distributed additives A. In particular, the platform 11 is controlled such that the last produced layer at location O is wetted by the bath of low-viscosity photopolymer PP. By means of a first laser 13, the low-viscosity photopolymer is cured at location O and forms a further layer on the partial molded body F. In addition, a schematically drawn heater 14 can be provided for the entire build space 1, which keeps the build space 1 at an approximately constant temperature. Once the molded body F has been additively completed with all layers S, it is transported to the LDS station (2). There, a second laser 2 is used to write a structure for a future conductor track into the surface of the molded body F using the LDS process. The molded body F thus treated is then exposed to metal particles in the metallization station (3), which chemically bond to the laser-structured areas, thus forming metallized areas M.

[0037] Zur Herstellung eines dreidimensionalen Schaltungsträgers kann eine Laserdirektstrukturierung LDS verwendet werden. Hierbei wird in einem ersten Schritt ein Formkörper hergestellt. Das Material ist hierbei ein Kunststoff mit Additiven. Anschließend kann eine Laseraktivierung und Laserstrukturierung erfolgen. Hierzu wird ein Laserstrahl auf den Formkörper gerichtet. Durch die Laserenergie des Lasers erfolgt eine Aktivierung der Additive im thermoplastischen Kunststoffmaterial. Hierdurch werden metallische Keime erzeugt. Durch die Laserbehandlung kann eine mikroraue Oberfläche erreicht werden, auf welche z.B. Kupfer während der Metallisierung aufgebracht werden kann. Zur Metallisierung kann ein additiver Leiterbahnaufbau erreicht werden. Anschließend kann der Formkörper mit den gewünschten Komponenten bestückt werden, um den dreidimensionalen Schaltungsträger zu erhalten. [0037] Laser direct structuring (LDS) can be used to produce a three-dimensional circuit carrier. In a first step, a molded body is produced. The material is a plastic with additives. Laser activation and laser structuring can then take place. For this purpose, a laser beam is directed at the molded body. The laser energy of the laser activates the additives in the thermoplastic material. This creates metallic nuclei. The laser treatment can produce a micro-rough surface, to which, for example, copper can be applied during metallization. An additive conductor track structure can be achieved for metallization. The molded body can then be populated with the desired components to create the three-dimensional circuit carrier.

[0038] Die Formkörper werden also nicht durch ein Spritzgussverfahren, sondern durch eine lithographiebasierte, additive Fertigung (beispielsweise mittels der Hot-Lithography) hergestellt. [0038] The molded bodies are therefore not produced by an injection molding process, but by lithography-based additive manufacturing (for example by means of hot lithography).

[0039] Das erfindungsgemäße Verfahren zur lithographiebasierten additiven Fertigung von dreidimensionalen Formkörpern erfolgt somit zunächst mit einer additiven Fertigung eines Formkörpers basierend auf einem Hot-Lithography-Verfahren, bei welchem eine Prozessbeheizung erfolgt. Dem hierbei verwendeten Photopolymer werden Additive hinzugesetzt, welche ein Laserdirekt-Strukturierungs-LDS-Verfahren ermöglichen. Nachdem der dreidimensionale Formkörper durch das Hot-Lithography-Verfahren hergestellt worden ist, erfolgt eine Laseraktivierung und -strukturierung. Anschließend erfoigt eine Metallisierung der gewünschten Metallisierungsabschnitte. Anschließend kann optional eine Bestückung des Formkörpers mit den gewünschten Bauteilen erfolgen. [0039] The inventive method for lithography-based additive manufacturing of three-dimensional molded bodies thus initially involves additive manufacturing of a molded body based on a hot lithography process, in which process heating occurs. Additives are added to the photopolymer used in this process, which enable a laser direct structuring (LDS) process. After the three-dimensional molded body has been produced by the hot lithography process, laser activation and structuring take place. Subsequently, the desired metallization sections are metallized. Optionally, the molded body can then be assembled with the desired components.

[0040] Ein Verfahren zur lithographiebasierten Fertigung von dreidimensionalen Formkörpern mittels eines Stereo-Lithographieverfahrens mit einer Prozessheizung ist in WO 2018/032022 gezeigt. Ein derartiges Verfahren kann zur Herstellung des Formkörpers von Schritt S4 verwendet werden. Ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares Material ist auf einer durchlässigen Materialauflage vorgesehen. Eine Bauplattform ist im Abstand von der Materialauflage positioniert. Zwischen der Bauteilform und der Materialauflage befindliches Material wird erwärmt und im erwärmten Zustand ortsselektiv von einer Strahlungsquelle bestrahlt und verfestigt. Die Strahlung erfolgt von unten durch die für die Strahlung der ersten Strahlungsquelle zumindest bereichsweise durchlässigen Materialauflage in das Material hinein. Die Erwärmung des Materials kann durch Bestrahlung der Materialauflage mit elektromagnetischer Strahlung einer zweiten Strahlungsquelle erfolgen. [0040] A method for the lithography-based production of three-dimensional molded bodies using a stereolithography process with process heating is shown in WO 2018/032022. Such a method can be used to produce the molded body of step S4. A material that can be solidified by electromagnetic radiation is provided on a permeable material support. A build platform is positioned at a distance from the material support. Material located between the component mold and the material support is heated and, in the heated state, is irradiated and solidified in a location-selective manner by a radiation source. The radiation is emitted from below through the material support, which is at least partially permeable to the radiation from the first radiation source, into the material. The material can be heated by irradiating the material support with electromagnetic radiation from a second radiation source.

[0041] Bei dem Hot-Lithography-Verfahren erfolgt somit eine Erwärmung des Materials, welches anhand einer elektromagnetischen Strahlung zu verfestigen ist. Somit stellt das Hot-Lithography-Verfahren ein Stereo-Lithographieverfahren mit einer Prozessheizung dar, welche das zu verfestigende Material erwärmt. Durch die Prozessheizung bei dem Hot-Lithography-Verfahren können andere Materialien verwendet werden als bei einem Standard-Stereo-Lithographieverfahren. Somit kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein hochviskoses, niedrigreaktives, fotoaktives Polymer als Material für die lithographiebasierte additive Fertigung verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann bei dem Standard-Stereo-Lithographieverfahren SLA lediglich niedrigviskoses, hochreaktives, fotoaktives Polymer verwendet werden. Damit können gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung Formkörper mit einer höheren Genauigkeit und höheren Reproduzierbarkeit ermöglicht werden. Aufgrund der hohen Viskosität des Materials kann ein Additiv, welches für das LDS Verfahren benötigt wird, sich besser in dem Material für die additive Fertigung verteilen. [0041] In the hot lithography process, the material to be solidified using electromagnetic radiation is heated. Thus, the hot lithography process represents a stereolithography process with a process heater that heats the material to be solidified. Due to the process heater in the hot lithography process, different materials can be used than in a standard stereolithography process. Thus, according to one aspect of the present invention, a highly viscous, low-reactivity, photoactive polymer can be used as the material for lithography-based additive manufacturing. In contrast, in the standard stereolithography process SLA, only low-viscosity, highly reactive, photoactive polymer can be used. Thus, according to one aspect of the present invention, molded bodies with greater accuracy and greater reproducibility can be made possible. Due to the high viscosity of the material, an additive required for the LDS process can be better distributed in the material for additive manufacturing.

[0042] Das bei der additiven Fertigung verwendete Polymer ist ein photoaktives Polymer, welches hochviskos und niedrigreaktiv ist. Ein Beispiel für ein derartiges fotoaktives Polymer ist in EP 3 632 941 A1 beschrieben. [0042] The polymer used in additive manufacturing is a photoactive polymer that is highly viscous and low in reactivity. An example of such a photoactive polymer is described in EP 3 632 941 A1.

[0043] Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein dreidimensionaler Formkörper basierend auf dem Hot-Lithography-Verfahren (Stereo-Lithographieverfahren mit einer Prozessheizung) hergestellt werden. Das für die additive Fertigung verwendete Material weist Additive auf, welche einem LDS Additiv entsprechen bzw. ein LDS Verfahren ermöglichen. [0043] According to one aspect of the present invention, a three-dimensional molded body can be produced based on the hot lithography process (stereo lithography process with a process heater). The material used for additive manufacturing comprises additives that correspond to an LDS additive or enable an LDS process.

[0044] Als Photopolymer kann Cubicure Thermoblast oder Cubicure Evolution FR verwendet werden. [0044] Cubicure Thermoblast or Cubicure Evolution FR can be used as photopolymer.

[0045] Als LDS Additive können Merck Iriotek 8850 oder Merck Iriotek 8825 verwendet werden. [0045] Merck Iriotek 8850 or Merck Iriotek 8825 can be used as LDS additives.

Claims

1. A method for the additive manufacturing of a three-dimensional molded body with metallized regions, comprising the steps of: providing a photopolymer (PP) containing additives (A) that can be used in a laser direct structuring process to produce the metallized regions (M); additively manufacturing the three-dimensional molded body (F) based on a lithography process with a process heater for heating the photopolymer (PP); performing the laser direct structuring process on the additively manufactured three-dimensional molded body (F); and metallizing the regions (M) of the three-dimensional molded body (F) to be metallized.

2. The method according to claim 1, wherein the photopolymer (PP) is a photoactive polymer with a first viscosity (V1), wherein the photopolymer (PP) assumes a state with a second viscosity (V2) less than the first viscosity (V1) as a result of its heating by the process heating, wherein the photopolymer (PP) is cured in the state of its second viscosity (V2) by irradiation, preferably where the first viscosity (V1) is greater than or equal to 10<3>mPa*s, and the second viscosity (V2) is less than 10<3>mPa*s.

3. The method according to claim 2, wherein the additive manufacturing is carried out by means of the following computer-aided steps, which are repeated for each generation of a layer (S) of the three-dimensional molded body (F): a) heating the photopolymer (PP) in the state of its first viscosity (V1) using the process heater; b) providing the photopolymer (PP) in the state of its second viscosity (V2) following the heating at the location (O) of a previously generated layer (S) of the molded body (F); c) curing the provided photopolymer (PP) by exposure to light by means of a first laser (13) to generate a new layer (S) on the previously generated layer (S); preferably, all steps a) to c) are carried out in a build space (1) of an additive manufacturing device.

4. Method according to one of the preceding claims, wherein the process heater comprises a heatable cartridge (12) for heating the photopolymer (PP) guided through the cartridge (12).

5. Method according to one of the preceding claims, wherein the additive manufacturing takes place in a build space (1), wherein the build space (1) is continuously heated during the additive manufacturing.

6. Method according to one of the preceding claims, in which regions (M) of the additively manufactured molded body (F) to be metalized are irradiated with a second laser (2) to activate the additives (A) in the molded body (F) in these regions (M), in which a metal (Me) is supplied to the molded body (F) and selectively bonds to the regions previously irradiated by the second laser (2) for their metalization, in which the metalized regions (M) serve as conductor tracks, or contact points, or antennas, or thermal conductive surfaces, or electromagnetic shields.

7. Three-dimensional shaped body produced by a process according to one of the preceding claims.