Thema: Produktionssystem

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.

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.