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Roboterzellen

Der Automatisierungs- und Fördersystemhersteller Asa bringt zwei kooperierende Roboter als Team für die Fertigung von Rotorträgern für Hybridantriebe aus der Automobilindustrie auf den Markt. Während ein Roboter das Produkt positioniert, entgratet der andere mit unterschiedlichen Werkzeugen die zahlreichen Bohrungen, Fräsungen und Kanten.

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MikromontageMontage vom Feinsten

SCOPE: Was genau ist Mikromontage und wie grenzt sie sich von der Feinmontage ab?

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Montagetechnik (MT): Montage vom Feinsten

Neumann: Unter Mikromontage verstehen wir am IMM den Umgang mit Bauteilen oder Positioniergenauigkeiten von weniger als einem Zehntel Millimeter. Die untere Grenze ist ungefähr ein Mikrometer, wobei größere Genauigkeiten prinzipiell möglich sind, diese jedoch streng genommen in den Bereich der Nanomontage gehören.

Neben den reinen Dimensionen unterscheidet sich die Mikromontage jedoch noch in weiteren Punkten von der klassischen Montage. Zum einen stellt sie hohe Anforderungen an die Messtechnik mit der sie eng verbunden ist. Neben dem reinen Messen von Abständen müssen die Bauteile zur Montage oft dreidimensional vermessen werden, was bei diesen Dimensionen die verfügbaren Techniken und Geräte an ihre Grenzen treibt. Zum anderen ist die Mikromontage häufig eng mit der vorausgehenden Bauteilfertigung gekoppelt. Die empfindlichen Bauteile erlauben keine grobe Vereinzelung oder Förderung, so dass Fertigung und Montage eng zusammen rücken oder besondere Strategien entwickelt werden müssen, um die Bauteile bereit zu stellen.

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SCOPE: In welchen Bereichen wird die Mikromontage eingesetzt?

Neumann: Die Mikrosystemtechnik und damit auch die Mikromontage deckt sehr unterschiedliche Bereiche ab. Eine klassische Anwendung ist die Medizintechnik. Hier haben wir beispielsweise bei einem endokrinologischen System Montagegenauigkeiten von unter fünf Mikrometern erreicht. Auch arbeiten wir an der Verbesserung von Endoskop-Nadelsystemen.

Ein weiterer, großer Bereich ist die Sensor- und Analysetechnik, Stichwort Lab on Chip. Aus im Spritzgussverfahren hergestellten Plastikchips mit Mikro- und Nanostrukturen entstehen Geräte zur Analyse von Blut und Körperflüssigkeiten. Ein weiteres Beispiel sind gerade mal 1,5 mal 1,5 Millimeter messende 3D-Kraftsensoren, die bei der Überwachung von Werkzeugmaschinen, aber auch in der Medizintechnik oder Prothetik eingesetzt werden können.

Mikroreaktoren, wie man sie im Labor oder der chemischen Industrie findet, erfordern ebenfalls besondere Montage­strategien. Die Tatsache, dass sehr kleine Bauteile in große verfahrenstechnische Anlagen eingegliedert werden müssen, ist dabei eine besondere Herausforderung.

Nicht vergessen darf man natürlich Bereiche wie Telekommunikation und Antriebstechnik, wo die Mikromontage eine Erweiterung der Feinmontage darstellt. So haben wir in einer aktuellen Arbeit zusammen mit Partnern eine Mikromontage-Fertigungslinie für in optischen Netzwerken eingesetzte Steckverbinder entwickelt. Diese Anlage montiert automatisch Führungshalbschalen mit optischen Chips und Glasfaserbändchen mit einer Genauigkeit von ein bis zwei Mikrometern, wobei der komplette Stecker als Gesamtsystem eine Präzision von ungefähr zehn Mikrometer aufweist. Auch die Montage von Mikromotoren, deren Durchmesser inklusive eines dreistufigen Planetengetriebes nur 1,9 Millimeter beträgt, wurde bei uns in Zusammenarbeit mit Faulhaber zur Serienreife gebracht.

SCOPE: Welche spezifischen technischen Probleme stellen sich in der Mikromontage?

Neumann: Prinzipiell haben wir es in der Mikromontage mit sehr kleinen und in der Regel sehr empfindlichen Teilen zu tun, was natürlich besondere Sorgfalt bei der Handhabung erfordert. So gilt es die Bauteile mit Kräften von manchmal einigen Millinewton sicher zu greifen ohne sie dabei zu zerstören, was besonders sensible Montagesysteme erfordert.

Die gebräuchlichsten Greifer sind wie in der konventionellen Montage Vakuum und Fingergreifer. Allerdings sind die Sauglöcher unseres Vakuumgreifers für die Glasfasermontage gerade mal 40 Mikrometer groß und unsere Greiferfinger stellen wir mit großer Präzision mit der LIGA-Technik, der lithographischen Galvano-Abformung, her.

Ein großes Problem stellt die Adhäsion dar. Kleinste Teile lassen sich zwar sehr gut aufnehmen, beim Ablegen dagegen bleiben diese Teile am Greifer haften. Hier versuchen wir entweder durch Polumkehr die Adhäsion zu unterdrücken oder mit einer Nadelspitze die Teile abzustreifen. Günstiger ist es jedoch, wenn schon bei der Konstruktion berücksichtigt wurde, die Klemm- und Fügekräfte höher als die Adhäsionskräfte auszulegen.

Eine Förderung von Einzelbauteilen als Schüttgut findet in der Mikromontage so gut wie nicht statt, schon allein deshalb, weil die Gefahr zu groß ist, die Bauteile zu beschädigen oder zu zerstören. Eine Alternative wäre, die Einzelteile in geordneter Form auf eine Folie aufzubringen – ähnlich einem Tray – und sie so der Montage zuzuführen. Günstiger ist es natürlich, die Fertigung direkt mit der Montage zu koppeln und so die Wege kurz zu halten – hierbei unterscheidet sich die Mikromontage stark von der klassischen Montage. Idealerweise mündet die Baugruppenmontage direkt in die Systemmontage, so dass der Förderprozess weitgehend ausgeschaltet ist. Ein Transport von Einzelteilen oder Baugruppen über größere Entfernungen ist allein schon deshalb schwierig, weil meist im Reinraum gefertigt und montiert wird und diese Reinraumbedingungen natürlich auch während des Transports aufrechterhalten werden müssten.

SCOPE: Welche Möglichkeiten gibt es für Unternehmen in die Mikromontage einzusteigen?

Neumann: Neben der direkten Kontaktaufnahme mit dem IMM, das inzwischen über 800 private und öffentliche Projekte erfolgreich betreut hat, besteht eine weitere Möglichkeit in der Kontaktaufnahme mit dem MST-Netzwerk Rhein-Main. Das Mikrosystemtechnik-Netzwerk wurde im Juni dieses Jahres gegründet, um die in dieser Region vorhandene Kompetenz in den Gebieten Mikromontage, Mikrofertigung, Sensortechnik, Optik, Halbleitertechnik, Antriebs- und Steuerungstechnik zu bündeln und Entwicklungen auf diesen Gebieten nicht zuletzt durch die kurzen Wege zu beschleunigen. Obwohl die Netzwerkpartner vorzugsweise aus der Region stammen sollten, steht das Netzwerk prinzipiell allen offen und selbstverständlich freuen wir uns auch über Interessenten aus Hamburg, die sich mit Fragen an uns wenden. Ähnliche Netzwerke unterhalten beispielsweise der Fachverband für Mikrotechnik IVAM oder die FSRM, die schweizerischen Stiftung für mikrotechnische Forschung. Da die Mikrotechnik derzeit stark gefördert wird, stehen interessierten Unternehmen Fördermittel vom BMBF, den einzelnen Ländern oder der EU zur Verfügung.

SCOPE: Wie ist die derzeitige Marksituation im Bereich Mikromontage?

Neumann: Wie fast jede neue Technologie wurde auch die Mikrosystemtechnik/Mikromontage in den letzten Jahren durch die Medien sehr hochgelobt. Diese sicherlich überzogenen Erwartungen haben sich bis jetzt nicht ganz erfüllt, dennoch können wir heute von einem gesunden, realistischen Markt in der Mikrotechnik sprechen. Das ist gut so, denn nach wie vor müssen noch Technologien geschaffen werden, um mit Mikrosystemen umzugehen. Je mehr Technologien zur Verfügung stehen, desto mehr werden sich in Zukunft natürlich Produkte und Anwendungen für die Mikromontage und Mikrotechnik ergeben. Heute erfolgt erfreulicherweise diese Entwicklung hautsächlich produktbezogen anhand konkreter Anwendungen und weniger technologiegetrieben und losgelöst von der Praxis.

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