Produktionssystem

In der Vergangenheit wurden Kostenminimierungen hauptsächlich an einzelnen Standorten erzielt, zum Beispiel durch moderne Fertigungstechnik. Die Veränderung der Produktionslandschaft von Inselproduktionen zu global verknüpften Produktionsnetzwerken und Supply Chains erfordert in Zukunft aber ein verstärktes Augenmerk auf die Effizienz der Netzwerke zwischen mehreren Standorten. Somit rücken logistische Hebel zur gesamtheitlichen Kostenoptimierung der Netzwerke mehr in den Vordergrund. Für einige Unternehmen kann dies den Einsatz von „Logistik der Zukunft“ bedeuten, für viele Unternehmen bedeutet es jedoch zunächst, in Zukunft auf den aktuellen Stand der Logistik-Technologie und zu Best-Practice-Prozessen aufzuschließen.

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.

Für die Mikroumformung werden zurzeit kaum kommerzielle Umformpressen angeboten. Wenn neben der hohen Präzision noch eine hohe Dynamik, ein freier Weg-Zeit-Verlauf sowie wahlweise eine Weg- und eine Kraftsteuerung gefordert sind, dann ist eine Sonderkonstruktion notwendig. Eine solche Mikroumformmaschine (MUM), die zusätzlich noch zweifachwirkend ist, einen hohen Hub aufweist und neben Mikroteilen auch für Kleinteile geeignet ist, wurde am BIAS entwickelt und in Betrieb genommen.

Das Mikro-Metallpulverspritzgießen (Mikro MIM) erlaubt die Herstellung von Kleinstbauteilen und mikrostrukturierten Oberflächen in nahezu allen metallischen Werkstoffen kostengünstig in Serie. Einzelne Bauteile mit kleinsten Abmessungen von 300 µm und mikrostrukturierte Oberflächen mit Details bis zu 20 µm sind bisher schon realisiert worden. Durch gezielte Werkstoffauswahl und Prozessführung können auch Bauteile bestehend aus mehreren Werkstoffen ohne zusätzliche Fügetechnik gefertigt werden. Eine Funktionalisierung erfolgt zum einen durch strukturelle Eigenschaften wie das Einbringen von Mikrokanäle für die Fluidik oder durch Einsatz spezieller Materialeigenschaften wie sie magnetische, bioaktive oder korrosionsbeständige Werkstoffe liefern. Mit Blick auf den Trend zu immer kleineren Komponenten und Geräten kann Mikro MIM einen wichtigen Beitrag zur kostengünstigen Fertigung der benötigten Bauteile leisten.

Die Herstellung großflächiger Kunststofffolien mit funktionalen und optischen Eigenschaften wird erst durch die Endlosfertigung mit mikrostrukturierten Prägewalzen wirtschaftlich und produktiv. Ultrapräzise spanende Fertigungsverfahren bieten zur Herstellung mikrostrukturierter Prägewalzen ein großes Formenspektrum bei gleichzeitig hoher Flexibilität für optische, strömungstechnische und mechanische Anwendungsbereiche. Ein großes technologisches Innovationspotenzial besteht dabei sowohl in der spanenden Mikrostrukturierung von Prägewalzen als auch im anschließenden Abformprozess der Kunststofffolie.

Die Montage von empfindlichen Bauteilen der Mikrosystem- oder Halbleitertechnik stellt hohe Herausforderungen an die Handhabungstechnik, da Beschädigungen durch Greif- oder Fügekräfte vermieden werden müssen. Am iwb werden deshalb berührungslose Handhabungstechnologien entwickelt, die mithilfe strömungsmechanischer Effekte ein schonendes Greifen von fragilen Dies und hochausgedünnten Wafern ermöglichen. Die Vorteile dieser Technologie sind ein verringerter Ausschuss während der Handhabung, eine erhöhte Bauteilausbeute pro Wafer sowie die Vermeidung von Kontaminationen durch Partikelabrieb.