In welcher Größenordnung spielt die Mikrotechnik?
10^-3 bis 10^-8 m
Lässt sich aber nicht genau definieren —> Grenze zu Makrotechnik oft fließend
Was ist ein Mikrosystem?
Eine Verbindung von mindestens 2 Bereichen der Mikrotechnik
Mikroelektronik, -mechanik, -optik, -fluidik
Abmessung der Bauteile zwischen 1ym und 1000ym
Was ist die Mikrosystemtechnik?
Die Mikrosystemtechnik umfasst den Entwurf, die Fertigung und die Applikation von miniaturisierten technischen Systemen, deren Elemente und Komponenten typische Strukturgrößen im Mikrometer- und Nanometerbereich besitzen.
Nenne drei Hauptanwendungsgruppen für mikreotechnische Systeme.
Mikrosensoren
Mikroaktoren
Mechanische Präzisionsbauteile
Nenne drei Anwendungsbeispiele für die Mikrobearbeitung.
Mikrostrukturmischer
Mikrogetriebe
Gelenk
Welche technologischen Verfahren der Mikrotechnik gibt es ?
Siliziumtechnik/ Silizium-Mikroelektronik
Halbleiterbasierte Mikrostrukturierung/ Silizium-Mikromechanik
LIGA-Verfahren
Welche Vor- und Nachteile hat die Nutzung technologischer Verfahren inder Mikrotechnik?
Vorteile
sehr geringe Strukturgrößen möglich
teilweise sehr große Aspektverhältnisse (LIGA-Verfahren)
Massenfertigung
einfache Fertigung von elektromeschanischen Komponenten
Nachteile
nur 2,5D Geometrien möglich
hohe Investitionskosten
niedrige Aspektverhältnisse (außer LIGA)
Welche klassischen feinwerktechnischen Verfahren können zu MST weiterentwickelt werden ?
Ur- und Umformen
funkenerosives Abtragen
laserbassiertes Abtragen
Zerspanung
Welche Vor- und Nachteile hat die Weiterentwicklung der klassischen feinwerktechnischen Verfahren ?
geringe Investitionskosten
hohe Flexibilität
hohe Geometriefreiheit, Freiformflächen herstellbar
großes Werkstoffspektrum bearbeitbar
Sehr kleine Strukturgrößen problematisch
Keine Massenfertigung (Ausnahme ur/umformende Verfahren)
Zeichne den Nutzungbereich der MS-Verfahren auf. (Strukturgröße(Oberflächengüte Ra))
Wofür steht die Abkürzung LIGA?
LIGA = Lithografie, Galvanoformung, Abformung
Welche Prozessschritte hat das LIGA-Vergfahren ?
Bestrahlung: Röntgenlitographie, UV- oder Laserstrahlen (kostengünstiger, jedoch weniger Präzision)
Entwicklung: Veränderung des Kunststoffes – Entfernung mit geeignetem Lösungsmittel, unbestrahlter Kunststoff bleibt als Primärstruktur zurück
Galvanoformung: Herausgelöste Strukturbereiche werden galvanisch mit Metalle aufgefüllt
Resistentfernung: unbelichtete Kunststoffmaterial wird entfernt und verbleib einer metallischen Mikrostruktur, über dem Resist – erhalt einer zusammenhängenden, stabil metallischen Platte
Abformung: metallische Mikrostrukturen dienen als Abformwerkzeug – Vervielfältigung
Welche Bearbeitungsverfahren der Funkenerosion in der MST gibt es ?
Welche Herstellungsverfahren der Laserbearbeitung in der MST gibt es?
Lasertrahlabtrag
Eignung für Anwendungsfälle mit kleinen Stückzahlen mit hoher Präzision
schichtweiser Abtrag
gepulste Arbeitsweise mit kurzen Impulszeiten
Strukzurgrößen bis 100ym, Aspektverhältnisse bis 10
Genauigkeit 0,03 mm
evtl- Verwendung von Masken zur Verbesserung des BEarbeitungsergebnisses
Laserstrahlschneiden
Welche HErstellungsverfahren der Ur/ -Umformenden Verfahren gibt es in der MST?
Mikrospritzgießen
Mikroprägen
Warm-/Kaltmassivumformung
Stanzen
Biegen
Definiern Sie den Begriff er Mikrozerspanung.
Zerspanprozesse, bei denen eine sehr geringe Menge an Material (pro Zahn z.B.) abgetragen werden und bei denen für die erzeugten Oberflächen und Strukturen sehr niedrige Toleranzen für Form, Abmessung und Oberfläche vorliegen, werden als Mikrozerspanung definiert“
Wie können die Mikrozerspanungsverfahren eingeteil werden ?
Welche Verfahren des MIkrodrehens gibt es ?
Längsdrehen
Einstechdrehen
Plandrehen
“Fast Tool”-Drehen
Foliendrehen
Welche Merkmale hat das Mikrodrehen?
WErkzeugabmessung betrsgen ein Vielfaches der zu erzeugenden Strukturen —> hohe Steifigkeit
ununterbrochener Schnitt
hohe Genauigkeit
Nenne Anwendungsgebiete des Mikrodrehens.
Achsen und Mikroschrauben für die Uhrenindustrie
Abformwerkzeuge für optische Anwendungen
Mikrooptiken (z.B. Handyobjektive)
Welche Einsatzgebiete hat das Mikrobohren?
Haupteinsatzgebiet: Bohren von Leiterplatten
weitere Einsatzgebiete u.a.: Düsen für Einspritzanlagen, Uhrenlager & -gehäuse, Medizintechnik, Spinndüsen
kommerziell erhältlich: Werkzeugdurchmesser bis 0,01 mm
Welche Problematiken treten beim Mikrobohren auf?
möglichst geringer Kerndurchmesser
kurze Querschneide
geringe Axialkräfte
möglichst großer Kerndurchmesser
Steifigkeit
Verlaufen des Werkzeuges beim Anbohren
KSS-Zufuhr
Spanabtransport aus der Bohrung
Werkzeugbruch bei Durchgangslöchern
Welche Werkzeugtypen gibt es zum Mikrobohren und wie sehen Sie aus ?
Welche Mikroschleifverfahren gibt es in der MST?
Umfangschleifen
Koordinatenschleifen
Diamant- oder CBN-SChleischeiben mit metallischer Bindung
Welche Einsatzgebiete für das Mikroschleifen gibt es?
Herstellung von planen Flächen oder Nuten sowie von Kleinstbauteilen
Bearbeitung von Halbleiterwerkstoffen, Gläsern und Keramiken oder Hartmetallen
Trennschleifen von Siliziumwafern (Dicing)
minimale Schnittbreiten beim Dicin bis 30ym
Welche Mikroschleifwerkzeuge gibt es und wofür werden Sie verwendet ?
Welche Potentiale hat das Mikrofräsen?
Hohe Oberflächengüte
Hohe Präzision und gerinfe Toleranzen
Geringer thermischer Eintrag
HoheAbtragsraten im vgl. zu Erodieren und Laserabtragsverfahren
Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen
Welche Einsatzgebiete fürs Mikrofräsen gibt es ?
Herstellung von
komplexen Kleinbauteilen (Freiformflächen)
Medizinische Komponenten
Oberflächenstrukturen
Welche Problemfelder gibt es bei der MIkrozerspanung?
Schneidkantenverrundung und Schneidenecken lassen sich nur bedingt im gleichen Ausmaß wie die Spanungsdicke verändern
Spanungsdicke kann Schneidkantenradius unterschreiten
stark negativer Spanwinkel
maschinenspezifische Einschränkungen z.B. Schnittgeschwindigkeit
Oberflächeneffekte wie Reibung und Adhäsion beeinflussen den Prozess
Einfluss mikrostruktureller Werkstoffdetails (Korn-, Phasengrenzen, Ausscheidungen, Einschlüsse, Risse,...)
Gratbildung
Welchen Einfluss hat die Zustelltiefe auf die Spanbildung?
Welche Ansätze zur Beschreibung der Schneidkantengestalt gibt es ?
Welche Phasen werden in der Spanbildung durchlaufen ?
Welche Herausforderungen gibt es in der Mikrosfräsbearbeitung und welche Maßnahmen können ergriffen werden ?
Herausforderungen:
Steifigkeit der Werkzeuge
Schneidkantenverrundung
Gefügestruktur des Werkstoffs
Maßnahmen:
Dynamikanalyse des Mikrofräsprozesses
Simulation der Eingriffsbedingungen
Berechnungen der Prozesskräfte
Anpassung der Schnittparameterwerte
Fünfachsige Anstellung der Werkzeuge
Vorverzerrung der Fräsbahnen
Welche Scheidstoffe sind imn der MIkrozerspanung gebräuchlich und welche Vor- und NAchteile haben diese ?
Welche Anforderungen werden an Maschinen der Mikrobearbeitung gestellt?
Welche Einflussgrößen auf die Genauigkeit beim MIkrofräsen gibt es ?
Genauigkeit der Maschine
Spindel
Messtechnik
Prozesseinflüsse
Was ist die halbleiterbasierte Mikrostrukturierung? Welche Verfahren gibt es?
Silizium als Konstruktionswerkstoff
Zwei Verfahren:
Volumenmechanik: Nutzung des einkristallinen Siliziumwafers als Werkstoff, Prozessvariationen möglich
Maske aufsetzen
Ätzen
Maske entfernen
Oberflächenmikromechanik: Aufbringen und Strukturieren von Opferschichten und aktiven Lagen
Abscheidung der Opferschicht auf der Substratoberfläche
Abscheidung der Funktionsschicht
Herauslösen der Opferschicht
Welche Vorteile bringt die Mikrosystemtechnik ?
Kleine Abmessungen
Hohe Zuverlässigkeit
Geringeres Gewicht
Multifunktionalität
Niedriger Energieverbrauch
Niedrige Kosten
Welche Werkstoffe können mit den konventionellen Mikroproduktionsverfahren bearbeitet werden?
Was ist die Siliziumtechnik? In welche Hauptschritte lässt es sich gliedern?
Ergänzung zur Herstellung dreidimensionaler Formgebung
Lässt sich in drei Hauptschritte gliedern
Beschichtung und Schichtbeeinflussung: 0,1 bis 5 μm
Belichtung (Lithographie): Veränderung der chemischen Löslichkeit einer organischen Schicht → Erhalt der strukturierten Gebiete auf der Oberfläche des Wafers
Ätzung: nicht abgedeckte Bereiche werden einer Schicht strukturiert
Für Wirtschaftlichkeit ist ein hoher Durchsatz erforderlich
Welche Vor- und Nachteile hat das Volumenmikroverfahren?
Welche Vor- und Nachteile hat die Oberflächenmikrotechnik?
Welche Vorteile besitzen Erodierverfahren?
Bearbeitung eines weiten Werkstoffspektrums bei gleichzeitig sehr hoher Geometriefreiheit
Bearbeitung aller elektrisch leitfähigen Werkstoffe
Welche Herausforderungen bringen Erordierprozesse in der Miniaturisierung mit?
Berücksichtigung der Kräfte durch Plasma oder Spülung – da Beschädigungen entstehen können
Anpassung der Prozessparameter beim Drahterodieren, da geringe thermische und mechanische Belastbarkeit der dünnen Drähte
Welche Verfahren des Laserabtragens gibt es?
Strukturierung des Materials mit fokussiertem Laserstrahl
Zeilenförmiges Abtragen
Maskengebundene Laserstrukturierung
Nutzung des im Querschnitt breiten Strahls, der durch eine Maske geformt wird
Bildung des Ebenbildes des Maskenmusters, Rotation der Maske möglich
Entstehung von 2,5-D- (in einem gesteigerten Handhabungsaufwand des Werkstückes) bis 3-D-Konturen (Strahlführung bei unterschiedlichen Werkstoffen)
Welche Herausforderungen bestehen beim Mikrospritzguss?
Füllen und Entformen der filigranen Strukturen
Welche Anwendungsgebiete des Laserstrahlabtragens sind bekannt?
Lithographie
Bohren
Beschriften
Gravieren
Welche Eigenschaften weisen Ur- / Umformende Verfahren in der Mikroproduktionstechnik auf?
Eignung für Massenfertigung
Hohe Reproduzierbarkeit – kostengünstige Herstellung
Hohe Geometriefreiheit
Fertigungsqualität von der Wahl angepasster Prozessparameter und Verwendung speziell entwickelter Kunststoffe abhängig
Einfluss der Gefügestruktur
Prozessbestimmend: Reibungs- und Adhäsionseffekte bei Verkleinerung des Prozesses
Welche Problematiken liegen bei den konventionellen Umformverfahren in der Mikroproduktionstechnik?
Materialverhalten bei Werkzeugen und Maschinen
Fertigungsgenauigkeit im Werkzeugbau
Randbedingungen der hohen Ausbringungsmenge
Positionierung der Bauteile im ms-Bereich mit einer Wiederholgenauigkeit von wenigen μm
In welcher Hinsicht weist die Mikrozerspanung ein größeres Potential auf als andere Verfahren?
Große Flexibilität bezüglich der einzusetzenden Werkstoffe
Realisierbare Formvielfalt
Wirtschaftliche Produktion kleiner Stückzahlen bis Losgrößen
Was wird unter Ultrapräzisionszerspanung verstanden? Welche Anwendungsfälle, welcher Schneidstoff und welche Werkstoffe werden empfohlen?
Fertigung großflächiger Bauteile mit Submikrometergenauigkeit und optischen Oberflächen
Anwendungsfälle: elektronische und mechanische Komponenten, hochpräzise Formeinsätze
Schneidstoff: Monokristalliner Diamant (MKD) – scharfe Schneide und ausreichende Verschleißbeständigkeit
Werkstoffe: Nichteisenmetalle wie Aluminium, Messing, Kupfer
Was ist der Ploughing Prozess?
Beschreibt das Verhalten eines Teils des Werkstückmaterials, das sich direkt vor der Verrundung der Schneidkante befindet und während des Zerspanprozesses elastisch unter der Schneidkante durchgequetscht wird.
Last changed9 months ago