Produktionssystem

Ein besonders Erfolg versprechendes Anwendungsfeld der Mikro- und Nanotechnologien sind Analysesysteme für die Petrochemie und Gasanalytik, die Prozess- und Umweltmesstechnik sowie die Bio- und Medizintechnik. Solche Mikroanalysesysteme erlauben bei geringen Investitions- und Betriebskosten eine hochgenaue und schnelle Messung bei geringem Proben- und Energiebedarf. Für eine erfolgreiche Umsetzung solcher Systeme in Produkte ist allerdings ein durchgängiger Einsatz dieser Technologien im System erforderlich, da nur so die Vorteile hoher Integrationsdichte, geringer Herstellungskosten bei hoher Funktionalität erreicht werden. Als Beispiele werden verschiedene Mikroanalysesysteme wie Gaschromatographen, Massenspektrometer und IR-Messysteme beschrieben.

Der Sonderforschungsbereich 499 „Entwicklung, Produktion und Qualitätssicherung urgeformter Mikrobauteile aus metallischen und keramischen Werkstoffen“ wird bezüglich seiner Struktur, Forschungsschwerpunkte und Perspektiven seiner weiteren Arbeit beschrieben. Die wichtigsten Forschungsergebnisse werden kurz dargelegt und mit zahlreichen weiterführenden Literaturangaben ergänzt.

Mikrostrukturapparate und deren Potenzial für neuartige, effektivere Verfahren in der Chemie haben in den letzten Jahren ein rasant gestiegenes Interesse in der einschlägigen Fachwelt gefunden. Durch den Einsatz dieser Apparate, deren Inneres Strukturdetails im Submillimeterbereich aufweist, erhoffen sich Chemiker und Ingenieure eine Reihe von viel versprechenden Vorteilen im Vergleich zur konventionellen Herstellung von Chemieprodukten: Erhöhte Sicherheit, verminderte Umweltrisiken und Umweltbelastungen sowie eine verbesserte Nutzung der Ausgangsstoffe. Über diese Nachhaltigkeitsaspekte hinaus werden Mikrostrukturapparate zu einer besseren Wirtschaftlichkeit beitragen. Ein Schritt in Richtung besserer chemischer Verfahren wurde erst vor kurzem gemacht: Ein vom Forschungszentrum Karlsruhe entwickelter Hochleistungs-Mikroreaktor wurde bei der DSM Fine Chemicals GmbH in einem chemischen Produktionsprozess erfolgreich eingesetzt.

Der Aufbau elektronischer oder optischer Bauteile im Nanometermaßstab wird seit mehr als einer Dekade für unterschiedliche Anwendungen verfolgt. Komplementär zum Aufbau von Bauelementen auf Mikro- und Nanometermaßstab durch geeignete technologische Prozessierungsverfahren (top-down) ist das Verwenden von nanoskaligen Materialien (bottom-up). Mit beiden Ansätzen lässt sich eine höhere Integrationsdichte, verbunden mit einem geringeren Raumbedarf und einem erhöhten Level optischer und elektrischer Funktionalität bei gleichzeitiger Kostenersparnis erreichen. Diese wird jedoch nicht nur durch die Umsetzung in miniaturisierte Bauteile, sondern zusätzlich auch durch kostengünstig zu führende Prozesse erreicht. Für beide Ansätze wird oftmals nach neuen Werkstoffen verlangt, die in einem weiten Bereich an die Prozesse bzw. die verwendeten Technologien angepasst werden können und/oder eine Multifunktionalität beinhalten, mit der man Prozessschritte einsparen kann. Mit der ...

Komplexe Produktionssysteme in der Mikroproduktion, zur Herstellung miniaturisierter Systeme, Baugruppen und Einzelkomponenten, sind besondere produktionstechnische Systeme. Wie Hesselbach [1] feststellt, umfasst dabei die Mikroproduktionstechnik in ihrer Gesamtheit alle einzelnen, zum Teil hochspezialisierten Fertigungsverfahren. Kiesewetter [2] weißt zu dem darauf hin, dass es sich hierbei nicht einfach um eine Art „verkleinerten Maschinenbau“ handelt. Ganze Prozessketten oder zumindest größere, zusammenhängende Ausschnitte, beispielsweise zur Herstellung miniaturisierter, hauptsächlich mechanischer Baugruppen, werden in der Regel nicht betrachtet. Dieser Beitrag widmet sich Fragestellungen zu Planung und zum Betrieb von Prozessketten zur Herstellung solcher Baugruppen.

Die Mikromontage stellt ein wichtiges Teilgebiet der Mikroproduktionstechnik dar, das Genauigkeiten im Mikrometerbereich und besser erfordert. Der folgende Artikel beschreibt Strategien zur Genauigkeitssteigerung von Mikromontageprozessen. Im Fokus stehen zwei Montagesysteme für die Mikromontage, die über unterschiedliche kinematische Strukturen und Sensorsysteme für eine hochpräzise sensorgeführte 2,5D-Montage verfügen. Zum einen handelt es sich um ein selbst entwickeltes größenangepasstes Montagesystem, bestehend aus einem Parallelroboter für die Mikromontage, einem 3D-Bildsensor sowie Greifern, Magazinen und Spannplätzen. Das zweite Montagesystem besteht aus einem kartesischen Roboter, einer 2D-Bildverarbeitung, einem Kraft-Weg-Sensor und einem konfokalen Laserwegmesssensor. Anhand von Montageprozessbeispielen werden die Einsatzmöglichkeiten und Grenzen beider Systeme vorgestellt.

Im Bereich der Mikrosysteme ist der Trend zu verzeichnen, dass die Entwicklung zu immer kleineren und komplexeren Mikrosystemen geht. Eine große Herausforderung der Mikroproduktion liegt in der Bedingung, Mikrobauteile und Mikrostrukturen aus unterschiedlichsten Materialien mit Strukturabmessungen von wenigen Mikrometer zu fertigen. Hochfeste Stahlwerkstoffe, die immer häufiger im Bereich des Mikroformenbaus eingesetzt werden, sind hierbei eine besondere Herausforderung. Das Mikroschleifen eignet sich sehr gut für diese Aufgabe. Im folgenden Beitrag soll ein Überblick über den aktuellen technologischen Stand des Mikroschleifens von hochfesten Stahlwerkstoffen aufgezeigt werden.

Schnelle Ionen, beschleunigt aus so genannten Breitstrahl-Ionenquellen, sind zum unverzichtbaren Werkzeug zur ultrapräzisen Bearbeitung von Oberflächen geworden. Die treibende Kraft dafür sind höchste Anforderungen an die Oberflächenform und minimale Rauheit von Komponenten in modernen Hochtechnologien, wie der Hochleistungsoptik mit Anwendungsfeldern in der Lithographie-, Laser- und Röntgenoptik sowie der optischen Satellitenkommunikation oder auch in hoch integrierten elektronischen Prozessoren und Speichern oder Oberflächenwellenfiltern. Fertigungstoleranzen von unter einem Nanometer müssen erreicht werden. Nicht zuletzt bieten erst in jüngster Zeit entdeckte und intensiv untersuchte physikalische Effekte der Ionenbestrahlung zur Glättung von Oberflächen und nanometrischen Strukturen neue Ansätze für technologische Entwicklungen. Am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. in Leipzig werden diese Prozesse untersucht und Ionenstrahltechnologien und ...

Die neuesten Entwicklungen in der Nanotechnologie dürfen nicht darüber hinwegtäuschen, dass noch viele Herausforderungen aus dem Bereich der Mikrosystemtechnik (MST) ungelöst sind. Neue Anwendungen stellen immer höhere Ansprüche an mikrosstrukturierte Komponenten. Der Markt für entsprechende Systeme ist nach wie vor einer der dynamischsten unserer Zeit und wird in den nächsten Jahren noch deutlich wachsen. So wird eine Entwicklung des weltweiten Umsatzes von 3,9 Mrd. US-$ (2002) auf 8,3 Mrd. US-$ (2007) erwartet [1].

Die Entwicklung immer schnellerer und leistungsfähigerer Computer führt zu einer wahren Sturmflut digitaler Daten. Doch wohin mit all den elektronischen Dokumenten, Präsentationen, Lexika, Fotos, Filmen, Musikdateien und geografischen GPS-Informationen? Herkömmliche Methoden der magnetischen Datenspeicherung sind bald an ihre Grenzen gelangt und deshalb wird bereits jetzt mithilfe der Nanotechnologie an neuen Datenträgern geforscht. Als wegweisend zeigt sich die Entwicklung neuartiger magnetischer Datenspeichermethoden, basierend auf der spinpolarisierten Rastertunnelmikroskopie. Auf diesen zukünftigen Datenträgern werden die Informationseinheiten in einzelne Atome geschrieben und es können dann viele Millionen mehr Daten, als auf heute üblichen Festplatten gespeichert werden.