Herstellung gestufter Mikrokomponenten mit Einlegeteilen durch galvanische Abscheidung in mikrostrukturierten zweikomponentigen Kunststoffvorformen
Kunststofftechnik
Mikrosysteme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Transferprojektes war die Entwicklung eines Herstellprozesses für hochwertige metallische Mikrobauteile mit gestuften Geometrien. Hintergrund ist, dass für solche Komponenten gegenüber der aktuellen Technik (Direkt-UV-LIGA + Galvanoformung) der größte wirtschaftliche und technische Fortschritt zu erwarten ist. Es wurden zwei Demonstratoren mit gestuften Geometrien ausgewählt, nämlich „Zahnrad+Welle“ und „Anker“. Letzterer wurde bewusst in Anlehnung an ein reales Bauteil aus der Uhrenindustrie konzipiert. Die gestufte Geometrie erforderte die Realisierung einer sukzessiven galvanischen Abscheidung und damit die Verfügbarkeit von Vorformen mit zwei leitfähigen Ebenen. Diese Aufgabe konnte durch Einsatz von jeweils leitfähigen Folien (Demonstrator Zahnrad+Welle) bzw. einem speziellen 2K-Spritzgießprozess (Demonstrator Anker) bewältigt werden. Notwendige Konstruktionen von Formeinsätzen und Werkzeugumbauten wurden z.T. mit Unterstützung durch numerische Simulation erstellt. Die Spritzgießprozesse inkl. der diversen Schrittfolgen wurden auf Maschinen des KIT realisiert und die Ziele hinsichtlich der Weiterentwicklung der Spritzgießtechnologie zum überwiegenden Teil erreicht. Noch nicht zufriedenstellend gelöst ist die Verfügbarkeit einer optimal geeigneten leitfähigen Folie statt der im Projekt verwendeten kommerziellen Type; für die Zukunft empfiehlt sich eine Entwicklung speziell für das neue Verfahren. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse sollte eine neue Werkzeugkonzeption erfolgen, um Effekte wie thermischen Verzug und Verschiebung von eingelegten Komponenten zu vermeiden. Die galvanische Abscheidung von Ni bzw. FeCrNi sollte schwerpunktmäßig bei den Industriepartnern vorgenommen werden. Aufgrund der Liquidation von ELEOSS und aus Kapazitätsgründen konnten diese Versuche aber nicht im vorgesehenen Rahmen durchgeführt werden. Nach Anpassung der Parameter konnten in einem standardmäßigen Nickelsulfamat-Elektrolyten gestufte Mikrokomponenten erzeugt werden. In Bezug auf Oberflächenqualität und Materialdichte entsprachen diese Ni-Proben den anfangs gesteckten Zielen. Verbesserungsbedarf besteht hinsichtlich dem Galvanikstart in engen Tiefenlagen und dem thermischen Verzug der Vorformen. Außerdem ist der Verbund zwischen leitfähiger Folie und eingespritztem Kunststoff zu verbessern, z.B. durch eine spezielle Folienentwicklung. Eine Abscheidung von FeCrNi in den neuen Vorformen konnte nur in ersten Ansätzen durchgeführt werden und bedarf zukünftiger intensiverer Untersuchung. Zusammenfassend hat das Projekt zu erkennbaren Fortschritten bei der Spritzgießtechnologie geführt. Dies gilt sowohl für die Variante zwei leitfähige Ebenen durch Einlegefolien zu erzeugen (Demonstrator Zahnrad+Welle) als auch das 2-Komponenten-Mikrospritzgießen (Demonstrator Anker). Demgegenüber besteht hinsichtlich der galvanischen Abscheidung noch deutlicher Entwicklungsbedarf. Gleiches gilt für die benötigten Komponenten wie z.B. eine spezielle Folienentwicklung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Development of stacked conductive templates for electroforming of multi-level metallic micro components. Microsystem Technologies 1-6 (2019)
Piotter, V., Klein, A., Plewa, K., Guttmann, M., Winkler, F.
