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Herstellung von diskontinuierlichen Mikrostrukturen durch Ultrapräzisionszerspanung

Apprimus Verlag,
Buch
39,00 € Preisreferenz Lieferbar in 2-3 Tagen

Kurzbeschreibung

In vielen Anwendungsfeldern gewinnen Mikrostrukturen an Bedeutung. In der Biomedizintechnik
sorgen Mikrostrukturen für ein gerichtetes Zellwachstum von Nerven-, Muskel- oder Hautzellen.
In der Beleuchtungs- und Displaytechnik werden mikrostrukturierte, lichtleitende Folien
mit LEDs kombiniert. Die Strukturen dienen dabei der Lichtauskopplung und variieren in Länge
und Abstand, um eine homogene Ausleuchtung zu erreichen. Aufgrund der Anforderungen
an die Geometrie und die Oberflächengüte lassen sich derartige Strukturen nicht sinnvoll mit
klassischen Mikrostrukturierungsverfahren, wie der Lithographie, fertigen. Die ultrapräzise Zerspanung
mit monokristallinen Diamantwerkzeugen unter Verwendung von Fast-Tool-Servo-
Systemen (FTS) stellt grundsätzlich eine alternative Fertigungsmethode für Mikrostrukturen
dar. Allerdings ist es erforderlich, die Diamantzerspanung für die Fertigung von Strukturen mit
Dimensionen im einstelligen Mikrometerbereich zu befähigen. Einschränkungen für die prozesssichere
Herstellung liegen in der Maschinentechnik und im Fertigungsprozess.
Hinsichtlich der Maschinentechnik sorgt die begrenzte Dynamik derzeit industriell eingesetzter
FTS für überlange Prozesszeiten. Abhängig von den Strukturdetails und dem Bauteildurchmesser
dauern Bearbeitungen oft bis zu mehreren Tagen. Dies ist sowohl aus wirtschaftlicher
Sicht als auch hinsichtlich der Präzision der Mikrostrukturen zu vermeiden. Im Rahmen dieser
Arbeit werden daher die dynamischen Einschränkungen von FTS-Systemen mit Piezoantrieb
erörtert. Hierzu wird unter anderem die Integration einer Dämpfungseinheit und eines Massenausgleichs
diskutiert.
Die ultrapräzise Mikrostrukturierung mittels Diamantwerkzeugen erfordert im Vergleich zur
Bearbeitung kontinuierlicher optischer Oberflächen ein neuartiges Prozessverständnis. Durch
die Fertigung der Nutstrukturen im Einstechdrehprozess kommt es vermehrt zu Gratbildung.
Zusätzlich wirkt sich der Werkstoff bei der Mikrozerspanung deutlich stärker als in der Makrobearbeitung
auf den Fertigungsprozess und das Ergebnis aus. Vor diesem Hintergrund werden
in dieser Arbeit Analysen und Parameterstudien zur Untersuchung der prozessseitigen Einflussfaktoren
auf die Gratbildung und die Strukturqualität sowie der Eignung von verschiedenen
Werkstoffen zur Mikrostrukturierung durchgeführt.
Abschließend wird das erarbeitete FTS-System bei der Fertigung von Mastergeometrien für die
Replikation von diskontinuierlichen Mikrostrukturen erprobt.

Details
Schlagworte
Hauptbeschreibung

Titel: Herstellung von diskontinuierlichen Mikrostrukturen durch Ultrapräzisionszerspanung
Autoren/Herausgeber: Frank Niehaus

ISBN/EAN: 9783863591090

Seitenzahl: 158
Format: 21 x 14,8 cm
Produktform: Taschenbuch/Softcover
Gewicht: 300 g
Sprache: Deutsch

In vielen Anwendungsfeldern gewinnen Mikrostrukturen an Bedeutung. In der Biomedizintechnik
sorgen Mikrostrukturen für ein gerichtetes Zellwachstum von Nerven-, Muskel- oder Hautzellen.
In der Beleuchtungs- und Displaytechnik werden mikrostrukturierte, lichtleitende Folien
mit LEDs kombiniert. Die Strukturen dienen dabei der Lichtauskopplung und variieren in Länge
und Abstand, um eine homogene Ausleuchtung zu erreichen. Aufgrund der Anforderungen
an die Geometrie und die Oberflächengüte lassen sich derartige Strukturen nicht sinnvoll mit
klassischen Mikrostrukturierungsverfahren, wie der Lithographie, fertigen. Die ultrapräzise Zerspanung
mit monokristallinen Diamantwerkzeugen unter Verwendung von Fast-Tool-Servo-
Systemen (FTS) stellt grundsätzlich eine alternative Fertigungsmethode für Mikrostrukturen
dar. Allerdings ist es erforderlich, die Diamantzerspanung für die Fertigung von Strukturen mit
Dimensionen im einstelligen Mikrometerbereich zu befähigen. Einschränkungen für die prozesssichere
Herstellung liegen in der Maschinentechnik und im Fertigungsprozess.
Hinsichtlich der Maschinentechnik sorgt die begrenzte Dynamik derzeit industriell eingesetzter
FTS für überlange Prozesszeiten. Abhängig von den Strukturdetails und dem Bauteildurchmesser
dauern Bearbeitungen oft bis zu mehreren Tagen. Dies ist sowohl aus wirtschaftlicher
Sicht als auch hinsichtlich der Präzision der Mikrostrukturen zu vermeiden. Im Rahmen dieser
Arbeit werden daher die dynamischen Einschränkungen von FTS-Systemen mit Piezoantrieb
erörtert. Hierzu wird unter anderem die Integration einer Dämpfungseinheit und eines Massenausgleichs
diskutiert.
Die ultrapräzise Mikrostrukturierung mittels Diamantwerkzeugen erfordert im Vergleich zur
Bearbeitung kontinuierlicher optischer Oberflächen ein neuartiges Prozessverständnis. Durch
die Fertigung der Nutstrukturen im Einstechdrehprozess kommt es vermehrt zu Gratbildung.
Zusätzlich wirkt sich der Werkstoff bei der Mikrozerspanung deutlich stärker als in der Makrobearbeitung
auf den Fertigungsprozess und das Ergebnis aus. Vor diesem Hintergrund werden
in dieser Arbeit Analysen und Parameterstudien zur Untersuchung der prozessseitigen Einflussfaktoren
auf die Gratbildung und die Strukturqualität sowie der Eignung von verschiedenen
Werkstoffen zur Mikrostrukturierung durchgeführt.
Abschließend wird das erarbeitete FTS-System bei der Fertigung von Mastergeometrien für die
Replikation von diskontinuierlichen Mikrostrukturen erprobt.

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