2K-Mikrospritzgießen partiell leitfähiger Kunststoffformen zur gerichteten Abscheidung aus wässrigen Elektrolyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit der Kombination von Mehrkomponenten-Spritzgießen und Galvanoformung (MSG-Prozess) wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem hochwertige metallische Bauteile in mittleren und großen Stückzahlen hergestellt werden können. Da die Prozessabfolge auf zwei serientauglichen Technologien beruht, sind in der Serienfertigung geringe Stückkosten zu erwarten. Bereits in der ersten Förderperiode konnte die dazu notwendige Werkzeugtechnik entwickelt und die erforderlichen leitfähigen Materialien mit den dazu geeigneten Prozessparametern eruiert werden. In diesem Kontext erfolgten bis in die 2. Förderphase hinein umfangreiche Experimente zur Erforschung der einzelnen Prozessschritte (Leitfähigkeit der Formmassen, Leitfähigkeitsprofile, Einfluss der Spritzgießparameter, homogene Metallabscheidung etc.). Die hohe Qualität der Metall-Mikrobauteile konnte u.a. anhand von Oberflächenmessungen an Demonstratoren nachgewiesen werden. Dabei wurden im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren (MicroPIM) deutlich bessere Werte erreicht. Für die Leitfähigkeitsprofile in Abhängigkeit der Schergeschwindigkeit erfolgten Simulationsexperimente, so dass eine ausreichende quantitative Vorausberechnung im Vorfeld der Produktion möglich sein wird. Die ebenfalls untersuchte Simulation der zu erwartenden Entformungskräfte ergab hingegen eine zwar tendenzielle aber nicht vollauf befriedigende Übereinstimmung. Eindeutiger Verbesserungsbedarf besteht noch hinsichtlich der elektrophoretischen Abscheidung von Keramiken, insbesondere der Entformungsprozesse. Hier sind gänzlich neue Ansätze zu erforschen. Ferner sind Optimierungspotenziale im Hinblick auf die Maßgenauigkeit bzw. Streuung der fertigen Galvanoteile festzustellen. In diesem Zusammenhang ist auch die Weiterentwicklung in Richtung auf das Folienspritzgießen zu nennen, welches außerdem die Replikation sehr feiner exponierter Strukturen zulässt. Mehrkomponentige Mikrobauteile mit z. B. keramischen Einlegern konnten ebenfalls erfolgreich hergestellt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Manufacturing of nickel, copper, and ceramic micro parts through the MSG/MSE process, Saile, V. [Hrsg.] 4M/ICOMM 2009: The Global Conf.on Micro Manufacture, Karlsruhe, Professional Engineering Publ., (2009), S.107-09
Prokop, J.; Lorenz, J.; Elsenheimer, H.; Piotter, V.; Ritzhaupt-Kleissl, H.J.; Hausselt, J.
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How mold inserts influence the replication of metallic microparts produced by electroplating into two-component templates, Microsystem Technologies, 16 (2010) 8-9, S. 1313-1418
Prokop, J.; Heneka, J.; Lorenz, J.; Moehwald, K.; Piotter, V.; Ritzhaupt-Kleissl, H.-J.; Vetter, K.; Hausselt, J.
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Multi-component micro injection moulding - trends and developments, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 47 (2010) 1-4, S. 63-71
Piotter, V.; Prokop, J.; Ritzhaupt-Kleissl, H.J.; Ruh, A.; Haußelt, J.
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Entwicklung von Spritzgießsonderverfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen durch galvanische Replikation, Dissertation an der Universität Freiburg 2010, KIT Scientific Publishing, Bd. 2, ISBN 978-3-86644-755-2 (2011)
Prokop, J.
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EP 2 230 059 B1: Herstellverfahren für eine Negativform für eine galvanische oder elektrophoretische Abscheidung. Patenterteilung: 07.12.2011
R. Ruprecht, V. Piotter, K. Plewa, J. Lorenz, H. Walter, J. Prokop
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Mechanical testing of micro samples produced by a novel LIGA related process chain, Microsystem Technologies, 17 (2011) 2, S.281-288
Prokop, J.; Eberl, C.; Funk, M.; Prüfe, P.; Lorenz, J.; Piotter, V.; Welz, M.; Ritzhaupt-Kleissl, H.J.
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Multi component injection molding for replicating metallic micro structures. Proc. ANTEC 2011, Boston, Mass., [Hrsg.] Society of Plastics Engineers, Newtown, Conn. on CD, (2011), S. 1659-1663
Prokop, J.; Hausselt, J.; Lorenz, J.; Piotter, V..; Ritzhaupt-Kleissl, H.J.; Kamps, T.
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Replikation von metallischen Mikrobauteilen über Zweikomponentenspritzgießen und Galvanoformung, Tagungsbd. Kolloquium Mikroproduktion und Abschlusskolloquium SFB 499, Karlsruhe, 2011
Prokop, J.; Lorenz, J.; Piotter, V.; Stabel, S.
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Characterization of Injection-Molded Parts with Carbon Black-filled Polymers, in: Polymer Composites, Vol. 1, 1st edition, Wiley-VCH Verlag (2012), S. 485-513
Piotter, V.; Prokop, J., Liu, X.
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Galvanoformung in partiell leitfähigen Kunststoffformen, Mikroproduktion 12 (2012) 2, S. 51-55
Piotter, V.; Prokop, J.
