Nach der Maximalf?rderung von zw?lf Jahren endete am 31. Dezember 2018 die Laufzeit des Sonderforschungsbereiches (SFB) 747 ?Mikrokaltumformen“ der Universit?t Bremen. Bei der Erforschung von Grundlagen für die Massenherstellung von Mikrobauteilen war der SFB sehr erfolgreich.
Klein, kleiner, mikro: Bauteile werden immer winziger. Oft haben sie gerade noch die Gr??e eines Reiskorns. Diese geringen Ma?e erm?glichen heute leistungsf?hige Anwendungen, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren. In Autos, Smartphones, H?rger?ten, Uhren und unz?hligen weiteren Ger?ten werden jeden Tag millionenfach Mikro-Komponenten verbaut. Sie leisten die gleiche Arbeit, für die früher noch Bauteile in Streichholzschachtel-Gr??e notwendig waren. Die kleinen Teile bringen aber auch v?llig neue Herausforderungen mit sich, etwa bei ihrer Herstellung und Bearbeitung. Wie k?nnen kleinste metallische Bauteile schnell und günstig in einer Massenproduktion gefertigt und geformt werden – und zwar so sicher und genau, dass sie anschlie?end auch unter H?chstbelastung reibungslos funktionieren?
Neue Ans?tze für die Massenfertigung entwickelt
Mit dieser Frage hat sich der Sonderforschungsbereich 747 ?Mikrokaltumformen“ der Universit?t Bremen zw?lf Jahre lang besch?ftigt. ?Im Kern ging es uns darum, verl?ssliche Prozesse und Methoden für die umformtechnische Herstellung metallischer Mikrokomponenten in der Massenfertigung zu erforschen“, sagt Professor Frank Vollertsen, Sprecher des SFB 747. ?Bei der maschinellen Fertigung tun sich immer wieder neue Herausforderungen auf. Durch die Miniaturisierung und die immer kürzer werdenden Prozesszyklen sto?en die herk?mmlichen Herstellungsverfahren an ihre physikalischen Grenzen. Wir haben im SFB die Ursachen für diese Grenzen erforscht und neue Ans?tze für die systematische Auslegung und den sicheren Einsatz von Umformprozessen metallischer Mikrobauteile entwickelt.“
Dabei ging es dem Sonderforschungsbereich aber nicht nur um die Umformverfahren. Betrachtet wurde die komplette Prozesskette von der Materialentwicklung, den vor- und nachgeschalteten Prozessschritten bis hin zu planerischen Aspekten. Ein industrieller Arbeitskreis begleitete die Forschungen von Anfang an. Insbesondere in der letzten Projektphase von 2014 bis 2018 ging es um die ?berführung der Forschungsergebnisse in die Praxis. Neben vier konkreten Transferprojekten brachte die gewollte N?he zur Industrie im Laufe der Jahre weitere Formen von Austausch und Kooperation mit sich. Und auch innerhalb der Universit?t Bremen sorgte die Arbeit des SFB für eine enge Zusammenarbeit insbesondere von Produktionstechnik, Physik und Mathematik.
Fortschritte durch Stoffanh?ufen und Rundkneten
Die Arbeit des Bremer SFB sorgte für zahlreiche Fortschritte. Ein Beispiel ist das sogenannte Stoffanh?ufen. W?hrend im Makrobereich Metall beim Kaltumformen oft in 澳门皇冠_皇冠足球比分-劲爆体育eren Schritten gestaucht wird, um eine bestimmte Form zu erhalten, sind im Mikrobereich aufgrund bestimmter physikalischer Effekte Umformprozesse in nur insgesamt zwei Schritten realisierbar. ?Wenn zum Beispiel das Ende eines eingespannten Drahtes durch einen Laserstrahl erhitzt wird, formt sich das geschmolzene Material zu einer Kugel – der sogenannten Massevorverteilung“, erl?utert der SFB-Sprecher. ?Diese kugelf?rmige Masse kann nun weiterverarbeitet werden, etwa durch Rundkneten. Auch dieses Rundkneten ist einer unserer Forschungsschwerpunkte gewesen.“ Das Verfahren erm?glicht unter anderem, die kleine Metallkugel aus dem Stoffanh?ufen pr?zise und abfallfrei zu ver?ndern. Das Metall kann weiter verfestigt und damit noch widerstandsf?higer gemacht werden. Auch Kombinationen aus verschiedenen Materialien lassen sich damit herstellen.
Ein anderes Beispiel ist die schnelle und genaue Qualit?tsprüfung von Mikrobauteilen, die der SFB durch den Einsatz der digitalen Holografie erm?glicht hat. Dabei wird ein Bauteil mit einem Teil des Laserlichts beleuchtet. Das reflektierte Licht wird mit dem ursprünglich ausgestrahlten Teil des Laserlichts überlagert. ?Wir bekommen so in guter Bildqualit?t und bei sehr schneller Messzeit aussagekr?ftige 3D-Informationen über das Bauteil“, sagt Frank Vollertsen. Die Auswertung erfolgt durch Bildverarbeitung und künstliche Intelligenz. ?Innerhalb von Sekundenbruchteilen muss bewertet werden, ob ein winziges Bauteil den Qualit?tsma?st?ben entspricht oder aber Ausschuss ist. Mit dem von uns entwickelten Verfahren ist das heute m?glich.“
Neue Verfahren zur Werkzeugherstellung und -bearbeitung
Ein weiterer wichtiger Bereich in der SFB-Forschung war die Entwicklung von neuen Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren für Werkzeuge aus besonderen Materialien, etwa Diamant oder besonders temperaturempfindlichen Materialien wie Formged?chtnislegierungen. Und mit dem ?ffentlichkeitsprojekt ?mikromal“, das die T?tigkeit des Sonderforschungsbereiches jahrelang verst?ndlich darstellte und oftmals in den Schulen zu Gast war, startete der SFB als einer der ersten diese Form der Wissensvermittlung und Nachwuchsf?rderung.
?Wir haben in den vergangenen zw?lf Jahren erhebliche Expertise aufgebaut. Unsere Arbeit wird natürlich mit dem Auslaufen des Sonderforschungsbereiches nicht enden“, bilanziert Frank Vollertsen. In Sachen Prozessgestaltung von Umformprozessen und bei der Werkzeugherstellung wird im Fachbereich Produktionstechnik und an den Instituten der Universit?t weiter geforscht, und die Produkte wie der im SFB entwickelte Prototyp zur Prüftechnik in Hohlr?umen zur Endkontrolle von Mikrobauteilen wird zur Marktreife gebracht.
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www.sfb747.uni-bremen.de
www.mikromal.de
www.facebook.com/Sonderforschungsbereich747
www.bias.de
www.uni-bremen.de
Fragen beantwortet:
Christine Steffens
SFB 747 ?Mikrokaltumformen“
Universit?t Bremen
Tel.: +49 421 218-58130
E-Mail: Steffens@bias.de
