Forschungsprojekte – Institut für Mikroproduktionstechnik

TiefZieh II

Das IMPT entwickelt verschiedene anwendungsspezifische Sensorlösungen. Beispielsweise fördert das „Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)” das Folgeprojekt „Tiefziehsensorik: Entwicklung eines robusten induktiven Mikrosensors”. Hier wird in Zusammenarbeit mit den zwei Firmen GDH Metallverarbeitungs GmbH und KIMA Process Control GmbH an der Weiterentwicklung von induktiver Tiefziehsensorik mit Transformatorprinzip zur Qualitätsüberwachung von Ziehteilen geforscht. Zunächst wurde ein neues Sensorkonzept auf Basis einer FEM-Analyse zur Kontrolle der Qualität der tiefgezogenen Teile sowie Verringerung des Sensorverschleißes während des Prozesses entwickelt. Die Komplexität der Geometrie der Tiefziehteile erfordert dabei einen simultanen Einsatz mehrerer Sensoren. Deren Sensorsignal ergibt sich aus der Position der Tiefziehblechkante über dem planaren Sensor. Derzeit sind die Sensoren bis 100 °C temperaturbeständig und ermöglichen es, verschiedene Metalle sowie Schadensfälle (Riss- oder Faltenbildung) zu erkennen, um zur Reduzierung der Ausschussquote sowie zur Erhöhung der Prozessqualität regulierend eingreifen zu können.

Jahr: 2022

Förderung: AiF Projekt GmbH - ZIM

Laufzeit: 2022 - 2024

MicroMill

Die Mikrofräsbearbeitung findet aufgrund von fortschreitenden Entwicklungen in der Mikrowerkzeugherstellung vermehrt Anwendungen. Strukturierungen eines Werkstücks mit Geometrien im Mikrometermaßstab sind dank immer kleiner werdenden Fräsern möglich. Diese sind jedoch aufwändig in der Herstellung. Jedes Fräswerkzeug muss aus Vollmaterial hergestellt und zeitintensiv geschliffen werden. Dies spiegelt sich daraufhin im Preis der Werkzeuge wieder. Die in diesem Projekt herzustellende Mikrofräswerkzeuge sollen in einem Batchfertigungsprozess aus Siliziumcarbid gefertigt werden, so dass mehrere hundert Fräsköpfe pro Prozess produziert werden können. Für die Strukturierung der Fräsköpfe wird ein Trockenätzverfahren verwendet, dessen Prozessparameter für eine möglichst anisotrope Ätzung mit hohen Ätzraten evaluiert werden müssen. Da das Fräswerkzeug zweiteilig produziert wird und aus Fräskopf und Werkzeugschaft besteht, wird eine ideale Fügemethode gesucht, mit der beide Teile prozesstechnisch sicher verbunden werden können. Dafür werden unterschiedliche Fügemedien und chemische, wie mechanische Oberflächenbehandlungen an den zu fügenden Flächen erprobt. Die resultierende Haftfestigkeit der zwei Werkzeugteile wird untersucht. Weiterhin muss eine sehr präzise Montagestrategie entwickelt werden, damit der Fräskopf zentriert auf dem Werkzeugschaft aufgebracht werden kann. Andernfalls kann es unter anderem zu Formungenauigkeiten bei der Strukturierung der Werkstücke kommen. Mit dem Projektpartner Reißfelder Profilschleifen GmbH wird das Herstellungsverfahren anschließend industrialisiert und die Anwendungsgrenzen der Fräswerkzeuge an diversen Materialien mit industriellem Nutzen, wie Kupfer oder Stahl, ausgetestet. Am Ende sollen kleinste Mikrofräswerkzeuge aus Siliziumcarbid stehen, die in verschiedenen Bereichen, wie der Medizintechnik, zur spanenden Bearbeitung eingesetzt und im industriellen Maßstab hergestellt werden können.

Jahr: 2021

Förderung: Förderprogramm ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)

Laufzeit: 2021-2023

Kraftsensitive Führungssysteme auf Basis direktabgeschiedener bauteilindividueller Sensorik

In den Werkzeugmaschinen der modernen Produktionstechnik stellen Kräfte eine wichtige Informationsquelle zur Prozess- und Zustandsüberwachung dar. So lassen sich mit einer Überwachung der auftretenden Prozesskräfte Werkzeugbrüche und Prozessfehler erkennen sowie Werkzeugabdrängung und Werkzeugverschleiß abschätzen. Am Beispiel einer Portalfräsmaschine kommen in diesem Projekt aufgrund der hohen Anforderungen an die notwendigen Sensoren neuartige, direktabgeschiedene Dehnungsmessstreifen (DMS) zum Einsatz. Die Herstellung geschieht dabei direkt auf den Führungswagen (siehe Abbildung), mit deren Hilfe der Fräskopf in allen drei Raumrichtungen auf Linearprofilschienen bewegt wird. Dabei entstehen besonders dünne und sensitive Sensoren, die die Kräfte und Momente hochgenau aufnehmen können. Durch Methoden zur Simulation der optimalen Sensorpositionen und Sensordatenfusion wird das volle Potenzial der Technologie ausgeschöpft.

Jahr: 2021

Förderung: DFG

Laufzeit: 2021 - 2024

Ultraschall-Silbersintern

Die heutigen Anforderungen an Leistungselektronik sind besonders durch die E Mobilität stark gestiegen, sodass die Verbindungseigenschaften von bewährten Verfahren wie z.B. Löt- oder Klebeverfahren nicht mehr zukünftigen Anforderungen genügen. Das Silberverbindungssintern gewinnt aufgrund der überlegenen elektrischen und thermischen Eigenschaften an Bedeutung. Die langen Prozesszeiten und hohen -temperaturen sowie -drücke verhindern jedoch den flächendeckenden Einsatz des Fügeverfahrens. Hier setzt das von der DFG geförderte Projekt an und erforscht die Optimierung dieser Prozessparameter durch den Einsatz von Ultraschall. Mit Hilfe geeigneter Legierungspartner werden außerdem niedrigschmelzende Sinterpasten hergestellt, mit welchen der Prozess des Ultrasonic Transient Liquid Phase Sintering (ULTPS) etabliert werden soll.

Jahr: 2021

Förderung: DFG

Laufzeit: 2021 - 2023

SFB 1368 C03 – Untersuchung tribologischer Systeme für Werkzeugbeschichtungen in inerter Atmosphäre

Im Sonderforschungsbereich 1368 „Sauerstofffreie Produktion“ werden Vorgänge und Mechanismen in den Prozessen der Fertigungstechnik untersucht, die unter sauerstofffreier Atmosphäre durchgeführt werden. Das IMPT erforscht dabei im Teilprojekt C03 den Einfluss der Atmosphäre auf tribologische Systeme für die spätere Entwicklung von Werkzeugbeschichtungen in inerter Atmosphäre. Wichtige Aspekte sind dabei unter anderem die Identifizierung und Quantifizierung grundlegender Zusammenhänge der Verschleißvorgänge in silan-dotierter Atmosphäre, Diffusions- und Adhäsionseffekte und die Untersuchung möglicher neuartiger Legierungsbildungen an den Grenzflächen.

Jahr: 2020

Förderung: DFG

Laufzeit: 2020 - 2027

Batchgefertigte nachgiebige Mikroschleifwerkzeuge für die Endbearbeitung metallischer Oberflächen

Dünnfilmtechnisch hergestellte Schleifwerkzeuge weisen großes Potenzial für die Fertigung hoher Oberflächengüten und für die Fertigung von Mikrostrukturen auf. Im Rahmen dieses Vorhabens ist das Ziel die Untersuchung und Modellierung der Zusammenhänge zwischen dem Herstellungsprozess und dem Einsatzverhalten der neuartigen, nachgiebigen Mikroschleifwerkzeuge

Jahr: 2019

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 2019 - 2022

SFB 653 T14 - Entwicklung und Herstellung von direktabgeschiedener Sensorik auf Baugruppen einer Bohrlochgarnitur

Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 653 „Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“ ist dieses Transferprojekt in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner entstanden. Ziel des Projekts ist die dünnfilmtechnische Herstellung sensibler Dehnungsmessstreifen (DMS), die die mechanischen Belastungen von Bohrgarnituren detektieren können und den Umgebungsbedingungen unter Tage standhalten. Hierzu kommt eine neuartige, zum Patent angemeldete Beschichtungsanlage zum Einsatz, die es erlaubt, Sensoren direkt auf Bauteiloberflächen beliebiger Größe abzuscheiden. Das Projekt adressiert neben der Entwicklung temperaturkompensierter DMS auch den Aspekt der Abscheidung auf gewölbten Oberflächen.

Jahr: 2018

Förderung: DFG

Laufzeit: 2018 - 2021

Grundlegende Untersuchung der Mechanismen des Ultraschall-Wedge-Wedge-Bondens durch Änderung der Topographie

Die Ultraschall-Drahtbondtechnik wird in der Mikroelektronik seit mehr als einem halben Jahrhundert angewendet. Dennoch sind die zugrundeliegenden Mechanismen nicht vollständig verstanden, was eine weitere Verbesserung dieser Technik verhindert. Der Kern des Projektes besteht in dem Auffinden noch unbekannter Mechanismen sowie der Untersuchung ihres Einflusses auf den Bondprozess.

Jahr: 2017

Förderung: DFG

Laufzeit: 2017 - 2021