Thema: Produktionssystem

Aufgrund ihrer wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Vorteile haben sich Laserquellen in den vergangenen 30 Jahren in weiten Bereichen der Produktionstechnik etabliert. Besonders die Möglichkeit der Realisierung kleinster Fokusdurchmesser zur Materialbearbeitung macht den Laser zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Mikrotechnologie. In diesem Beitrag werden grundlegende Verfahren der Lasermikrobearbeitung sowie deren verfahrensspezifische Anwendungsgebiete vorgestellt. Dabei wird auf etablierte und in der Entwicklung begriffene Technologien eingegangen. Abschließend erfolgt eine Betrachtung des Marktpotenzials laserbasierter Fertigungsverfahren in der Mikrotechnologie.

In unserem Alltag haben in vielen Anwendungen und Geräten intelligente Funktionen, die auf Mikrotechnologien basieren, Einzug gehalten. Handys sind beispielsweise mit Kameras, Spielkonsolen oder persönlichen digitale Assistenten ausgestattet. Autos werden intelligenter über Selbstkontrollfunktionen und adaptive Sicherheitssysteme. Neben Japan und den USA gehört Europa zu den führenden Standorten in der Welt. Der Schlüsselfaktor für erfolgreich am Markt etablierte Produkte werden künftig die Systemintegration, die Miniaturisierung von Komponenten und nicht zuletzt die Integration der verschiedenen Technologieansätze und der verschiedenen Materialien sein. Dabei ist die Brücke zwischen der Nanometer- und Mikrometerskala der Komponenten und der Makrowelt der Anwender zu schlagen. Smart Systems Technologien und ihre Integration werden deshalb einen entscheidenden Einfluss auf die Konkurrenzfähigkeit der Produkte verschiedener Branchen, wie Luftfahrt, Sicherheit, Automobilbau, ...

Mit den Prozessen und Verfahren der Mikrosystemtechnik wird eine Vielzahl von Mikrosensoren und -aktoren hergestellt. Diese Technologie ist jedoch durch das Aufschichten von Ebenen limitiert, wodurch keine echten 3D-Strukturen aufgebaut werden können. Diese Einschränkung wird durch die Kombination mit einem nachgelagerten Mikroumformprozess überwunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Statorspulen für einen Mikromotor mit einem Gehäusedurchmesser von lediglich 4 mm kostengünstig und prozesssicher herzustellen.

Der Trend zur Miniaturisierung von Funktionsbauteilen spiegelt sich in der Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien wider. Häufig lassen sich in der Makrowelt beherrschte Prozesse nicht ohne Weiteres für die Herstellung von Mikrobauteilen skalieren. Im Folgenden werden Ansätze beschrieben, das aus der Großserienfertigung bekannte Umformverfahren Rundkneten für Miniaturwerkstücke, d.h. hier im Durchmesserbereich unterhalb 1,0 mm, einsatzfähig zu machen. Bei richtiger Auslegung der Technologie bieten sich vielfältige Anwendungsfelder.

Teile mit einer Größe von einigen Mikrometern bis zu wenigen Millimetern, sogenannte Mikrobauteile, werden von der Mikrosystemtechnik bis hin zur Medizintechnik vermehrt benötigt. Hierbei liegen die Herausforderungen für die Forschung und Entwicklung nicht nur in der Miniaturisierung und Entwicklung technischer Verfahren. Für die Einbindung in Produktionsprozesse werden geeignete Handhabungstechniken benötigt. Dieser Beitrag gibt eine Übersicht der Handhabungsprinzipien und -techniken zum Greifen, Fördern, Ablösen und Sortieren von Mikroobjekten. Die unterschiedlichen Prinzipien werden insbesondere an Beispielen aus dem Bereich der Greiftechnik dargestellt.

Die Entwicklung und Produktion mikromechanischer Bauteile ist mit vielfältigen komplexen Herausforderungen verknüpft. Durch die kleinen Bauteilabmessungen, die nahe an derzeit in der Fertigung realisierbaren Toleranzen liegen, kann es beim Zusammenwirken mikromechanischer Bauteile infolge von Gestaltabweichungen zu Funktionsstörungen kommen. Am IPEK - Institut für Produktentwicklung Karlsruhe wird eine Qualitätssicherungsstrategie für Mikroverzahnungen entwickelt, die Aussagen über die Auswirkungen von Gestaltabweichungen auf den Funktionszusammenhang mikromechanischer Bauteile zulässt. Dabei können Formabweichungen einzelner Mikrozahnräder derart bestimmt werden, dass geeignete Zahnradpaarungen zur Wahrung einer angestrebten Funktionserfüllung gefunden werden können.

Die ergonomische Gestaltung eines Produktes wird genauso wie die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung zunehmend durch virtuelle Werkzeuge unterstützt. In diesem Beitrag wird vorgestellt, inwieweit digitale Menschmodelle als Werkzeuge virtueller Ergonomie in den CAx-/PLM-Systemen und der Digitalen Fabrik funktionieren. Anhand einer Evaluierung dieser Systeme in der Praxis wird aufgezeigt, welche Methoden die digitalen Menschmodelle erfolgreich zur Verfügung stellen und in welchen Bereichen eine Weiterentwicklung nötig ist. Dabei soll die Frage beantwortet werden, ob die Werkzeuge einer virtuellen Ergonomie auch zukünftig Expertentools bleiben, oder ob sich die Systeme als ergonomische Standardwerkzeuge etablieren könnten.

roduktminiaturisierung eröffnen sich für die mechanische Mikrofertigung eine Reihe neuer Einsatzbereiche und Marktchancen. Mit Bauteildimensionen unter einem Millimeter und Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich treten im Herstellungsprozess sogenannte „Größeneffekte“ auf, die eine einfache Prozessskalierung bekannter Verfahren aus dem Makrobereich verhindern und zu einem erhöhten Auftreten an Qualitätsabweichungen führen. Im Ergebnis wird die Prozessfähigkeit nach DIN ISO 21747 beeinträchtigt und somit auch die Anwendbarkeit der statistische Prozesslenkung (SPC) erschwert. In diesem Beitrag werden am Beispiel der Mikrokaltumformung die Wechselwirkungen zwischen technischen und logistischen Qualitätszielen im Sinne der logistischen Qualitätslenkung untersucht, wobei Methoden der statistischen Prozesslenkung und Fuzzy-Regelung zum Einsatz kommen.

Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung in allen Bereichen der Technik gewinnen mechanische Fertigungsverfahren von Mikrobauteilen an Bedeutung. Die Kombination von hohen Fertigungsraten und niedrigen Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich erfordert dabei ein umfassendes Qualitätsmanagement, welches leistungsfähige Prozesse mit niedrigen Qualitätskosten anstrebt. Aufgrund der geringen Bauteilgröße und der damit verbundenen schwierigen Handhabung scheidet die klassische Sichtprüfung als Prüfverfahren aus. In Kombination mit einer auf die Mikrofertigung angepassten Oberflächenmesstechnik bedarf es leistungsfähiger Bildverarbeitungssysteme, um Oberflächenunvollkommenheiten wie z.B. Risse, Dellen und Brüche zu identifizieren. Im folgenden Beitrag werden ausgehend vom Qualitätsmanagement verschiedene Normen und Anwendungen vorgestellt, welche die Oberflächenprüfung von Mikrobauteilen betreffen. Anhand eines tiefgezogenen Mikrobauteils aus dem Sonderforschungsbereich (SFB) ...

Im Rahmen dieses Beitrags werden die wesentlichen Auszüge der im Rahmen des Forschungsvorhabens „Ganzheitliche Produktionssys-teme (GPS) für Logistikdienstleister“ durchgeführten Studie vorgestellt, welche den Verbreitungs- und Entwicklungsstand Ganzheitlicher Produktionssysteme bei deutschen Logistikdienstleistern zum Gegenstand hatte. Die Studie gibt dabei unter anderem Aufschluss über den Umfang der latenten Anwendung bestimmter GPS-Methoden, so dass einerseits die prinzipielle Eignung der Entwicklung eines GPS im Sinne eines Managementinstrumentariums für Logistikdienstleister gerechtfertigt und bestätigt wird. Andererseits soll eruiert werden, ob die grundlegenden Voraussetzungen bei Logistikdienstleistern für die Anwendung eines GPS vorherrschen.