Mikropuzzle in Massenfertigung

  • 10. July 2013

Neues Verfahren LIGA2.X ermöglicht Formgebung unterschiedlichster Strukturen durch Mikrospritzgießen.

Drei Puzzlestücke von je knapp einem Millimeter Größe fügen sich zum wahrscheinlich kleinsten Puzzle der Welt zusammen. Hergestellt haben es Forscher mit dem neuen Verfahren LIGA2.X, das mikrostrukturierte Guss-Formen mit der Synchrotronstrahlenquelle ANKA am Karlsruher Institut für Technologie KIT herstellt. Damit gelingt es, kostengünstige Massenfertigung und höchste Präzision auf der Mikroskala zu vereinen, etwa für Bauteile in Uhren, Motoren oder Medizinprodukten. Dies macht jetzt winzige Spritzgussteile in großen Stückzahlen mit höchster Genauigkeit möglich.

Dreiteiliges Puzzle, zusammengesetzt aus Kunststoff-Mikrobauteilen, hergestellt über den „LIGA2.X“-Prozess

Abb.: Dreiteiliges Puzzle, zusammengesetzt aus Kunststoff-Mikrobauteilen, hergestellt über den „LIGA2.X“-Prozess (Bild: J. Heneka, KIT)

Mit dem LIGA-Verfahren lassen sich Mikrostrukturen aus verschiedenen Metallen, Keramiken oder Kunststoffen herstellen. Die Abkürzung steht für Lithografie, Galvanik und Abformung. LIGA ermöglicht Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen und bietet viele Möglichkeiten der Formgebung. Das in den 1980er Jahren in Karlsruhe entwickelte Verfahren wird ständig weiterentwickelt. Nun haben Wissenschaftler am KIT eine neue Modifikation des Prozesses erarbeitet.

Das neue Verfahren zielt auf die kostengünstige Massenproduktion von Kunststoff-Mikrobauteilen mit einem Volumen von unter 0,5 Kubikmillimetern. Beim Mikrospritzgießen von Teilen dieser Größe bedurfte es bisher einer Substratplatte, welche die Bauteile miteinander verbindet, damit sich diese aus der Form lösen lassen. LIGA2.X macht diese Schicht überflüssig und erlaubt es, die Bauteile direkt und einzeln über das Mikrospritzgießen zu fertigen. Damit erübrigt sich die schwierige, zeit- und kostenaufwendige Trennung der Bauteile von der Substratplatte. „LIGA2.X spart nicht nur Kosten ein, sondern gewährt auch größere Freiheiten bei der Anordnung strukturierter Formnester in Mehrfachformen“, erklärt Jochen Heneka, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Mikrostrukturtechnik IMT und am Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffprozesstechnik des KIT.

Die eingesetzten Werkzeuge für das Mikrospritzgießen bestehen aus drei Platten, um die einzelnen Formteile aus der Form zu lösen, und vier LIGA-Formen, die sich wechselbar in eine Werkzeugplatte einbauen lassen. Durch Auseinanderbewegen der ersten und zweiten Formplatte wird das Bauteil aus der Form gelöst, mithilfe der dritten Platte wird der Anguss sauber entfernt. Zur Herstellung der mikrostrukturierten LIGA-Formen mithilfe der Röntgentiefenlithografie nutzten die Wissenschaftler die Synchrotronstrahlenquelle ANKA am Campus Nord des KIT.

KIT / DE

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