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Herstellung gestufter Mikrokomponenten mit Einlegeteilen durch galvanische Abscheidung in 2K-Vorformen

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Academic year: 2022

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INSTITUT FÜR ANGEWANDTE MATERIALIEN - WERKSTOFFKUNDE (IAM – WK)

Herstellung gestufter Mikrokomponenten mit Einlegeteilen durch galvanische Abscheidung

in 2K-Vorformen

V. Piotter, A. Klein, K. Plewa, J. Prokop*

(2)

Agenda

Motivation

Galvanoformung in 2K-Vorformen

Sequentielle Galvanoformung

Neue Demonstratoren

Ausblick

(3)

Metall-Mikrobauteile gekennzeichnet durch:

kleinste Strukturdetails hohe Aspektverhältnisse sehr gute Oberflächen

Fa. H. Moser & Cie.

Micromotion GmbH

hergestellt über Direct-LIGA*- Verfahren:

hohe Kosten zeitaufwändig

*LIGA = Lithographie, Galvanoformung, Abformung

Mimotec S.A.

Motivation

(4)

Kombination zweier serientauglicher Abformprozesse

Mikrospritzgießen mit leitfähigen

Kunststoffen

hohe Wirtschaftlichkeit hervorragende Detailtreue

sehr gute Oberflächen

Galvanoformung auf leitfähigen

Vorformen

metallische Werkstoffe hervorragende Detailtreue

sehr gute Oberflächen leitfähige

kostengünstige Vorformen

Entwicklung der Prozessabfolge

(5)

Entwicklung der Prozessabfolge

Herstellung der Vorformen durch 2K-Mikrospritzgießen

isolierender Kunststoff Defekt

Stromdichtelinien

leitfähiger Kunststoff metallischer

Niederschlag

M ehrkomponenten- S pritzgießen

&

G alvanoformung

(MSG-Prozess)

(6)

500 µm

leitfähige  Grundplatte (1. Komponente) 

umsetzen

Aufsetzen der  Strukturen

isolierender  Kunststoff (2. Komponente)

Entformen

nicht leitfähige  Komponente

leitfähige Komponente

Galvanoformung

2 K‐Bauteil

Mikrobauteil Mikrobauteil

Entnahme

Mehrkomponenten‐

spritzgießen

(7)

LIGA-Formeinsatz (1. Galvanik)

Abformung der Struktur durch Mehrkomponenten-

spritzgießen

Galvanoformung auf die abgeformten Strukturen

(2. Galvanik) Entformen

MSG - Prozessabfolge

(8)

Ergebnisse - Oberflächenqualität

MSG - Probe: Ra = 0,33 µm Rz = 3,06 µm

MSG - Probe: Ra = 0,18 µm Rz = 2,08 µm

Gefräster Formeinsatz UV-LIGA Formeinsatz

Formeinsatz: Ra = 0,26 µm Rz = 1,72 µm

Formeinsatz: Ra = 0,10 µm Rz = 1,44 µm

zum Vergleich:

MicroPIM (Stahl): Ra = 0,4 - 0,8 µm

Rz = 4,0 - 7,0 µm

(9)

Ergebnisse - Mikrobauteile

(10)

Weitere Anforderungen der Industrie

Mikrobauteile mit Einlegeteilen

Elektrolyten für höhere Festigkeit (NiP, NiFe, ggf. Stahl)

Mikrobauteile mit Stufen

bedeutet für Lithographie: mehrere Belichtungsschritte

(11)

DFG-Transferprojekt T03

Thema: Herstellung gestufter Mikrokomponenten mit Einlegeteilen durch galvanische Abscheidung in mikrostrukturierten zweikomponentigen Kunststoffvorformen

Dauer: 3 Jahre

Start: 1. Februar 2015

electrochemical micro- & nanostructuring

Industriepartner:

(12)

Demonstrator Anker

(13)

Umwachsen von Einlegeteilen

Galvanoformung

Einlegeteil isolierend

leitfähig

Galvanoteil

Einlegeteil

(14)

Demonstrator Anker

(15)

Demonstrator Anker

Realisierung der Formeinsätze durch UV-LIGA

Doppelbelichtung des SU8-Resists

+ Ni-Galvanoformung

(16)

Demonstrator Zahnrad mit Welle

Problem: fehlerhafte Galvanoformung der Zahnspitzen

(17)

Lösung: sequentielle Metallabscheidung

Demonstrator Zahnrad mit Welle

(18)

Sequentielle Metallabscheidung

(19)

Ausblick

Realisierung der 2K-Vorformen für Demonstratoren

Galvanikversuche

Untersuchung Gefüge, Maßtreue, Oberflächenqualität etc.

Funktionstests

Neue Elektrolyten

(20)

Danksagung

Vielen Dank für Ihr Interesse

- Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF - Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

- ELEOSS, microworks, Mimotec, EMPA

- allen Kollegen am KIT

Referenzen

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