Der Trend zu immer kleineren Komponenten und Produkten ist seit vielen Jahren, nicht nur in der Forschung ein wichtiger Aspekt. So hat sich z.B. die Dicke des iPhones vom ersten Modell mit 11,6 mm zum aktuellen Modell iPhone 6 auf 7,3 mm bei gleichzeitiger Vervielfachung der Leistung fast halbiert.

Prozessketten

Die Miniaturisierung von Bauteilen und die damit einhergehenden Anforderungen an die Prozessketten sind Thema der Arbeitsgruppe Mikrofertigung, wobei auch die schnelle, günstige und fehlerfreie Herstellung in der Massenproduktion im Sinne der Loopless Production im Vordergrund steht.

Dazu werden konventionelle Prozessketten wie das kombinierte Tiefziehen und Scherschneiden untersucht. Hierbei wird aus einer Folie mit einer Dicke von nur 0,05 mm aus z. B. Stahl, Aluminium oder Kupfer Ronden ausgeschnitten, die anschließend zu einem Napf tiefgezogen werden, dessen Durchmesser kleiner als 1 mm ist. Bei der Napfherstellung werden unter anderem der Verschleiß der Werkzeuge und auch die Tribologie zwischen Werkzeug, Werkstück und Schmierstoff untersucht.

Beim mehrstufigen Tiefziehen im Mikrobereich soll mittels Tolerance Engineering der Einfluss bestimmter Werkzeugtoleranzen auf eines mehrstufigen Tiefziehprozess untersucht werden. So könnte ein zu groß tolerierter Ziehspalt im Erstzug durch eine genau tolerierten Ziehspalt im Zweitzug ausgeglichen werden, was in der Werkzeugtechnik zu Kosteneinsparung führt.

Lukas Heinrich

M.Sc.
  • Gruppenleiter Mikrofertigung

Bei Lasereinsatz in der Umformtechnik werden unterschiedliche Laserschockprozesse charakterisiert. Eine laserinduzierte Schockwelle entsteht, wenn mit einem TEA-CO2-Laser Elektronen aus dem Probenmaterial herausgelöst werden und die Oberhalb der Probenoberfläche ein Plasma bilden.

Dieses Plasma absorbiert die Pulsenergie des Lasers, sodass es zu einem „optischen Luftdurchbruch“, d.h. der Zündung des Plasmas kommt, was zu einer Schockwelle führt, die sich sphärisch ausbreitet und beim Auftreffen auf das Probenmaterial Umformgeschwindigkeiten von bis zu 40 m/s erreichen kann. Mit dieser Schockwelle können im Folienmaterial Näpfe erzeugt werden, Ronden hergestellt werden oder auch Materialien wie Kupfer und Aluminium durch Laserschockfügen verbunden werden.

Eine weitere am BIAS entwickelte Prozesskette ist der laserbasierte Urformprozess Stoffanhäufen mit anschließendem Umformen. Hierbei wird das Drahtende mittels Laser aufgeschmolzen, so dass sich eine Kugel am Drahtende bildet. Dies ist nur im Mikrobereich möglich, solange die Oberflächenspannung der Schmelze größer ist als die Gravitation. Die dann erstarrte Kugel wird als Zwischenform bezeichnet und im nächsten Prozessschritt direkt umgeformt. So lassen sich Stauchverhältnisse von >>200 in nur zwei Prozessschritten realisieren.