FOR 702: Maschinen-, Werkzeug- und Prozessentwicklung für neue Verfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen über flüssige Phasen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen der aus vier Forschungseinrichtungen mit fünf Teilprojekten bestehenden Forschergruppe 702 wurden in der ersten Förderperiode Forschungsansätze für neue Verfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen aus der flüssigen Phase von Metallen und Kunststoffen entwickelt. Dabei wurden die Technologien Metall-Kapillardruckgießen, Ultraschallplastifizierung von Kunststoffen, Spritzgießen mit kavitätsnaher Schmelzevorkompression, Mehrkomponenten- Spritzgießen mit Galvanoformung sowie das Spritzgießen in gering wärmeleitende Werkzeuge betrachtet. Der Fokus der Arbeiten der zweiten Förderperiode lag auf der Weiterentwicklung der jeweiligen Prozesse mit dem Ziel der industriellen Anwendbarkeit. Ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt war es, den Einfluss der Eigenschaften der polymeren oder metallischen fluiden Phase und der speziellen Charakteristik der einzelnen Prozesse auf die resultierenden Bauteileigenschaften detailliert zu untersuchen. Dabei stellten sich vielfach die besonderen Druck- und Fließbedingungen bei der Formgebung als eigenschaftsbeeinflussend heraus. Es zeigte sich, dass die Einzelverfahren teilweise Restriktionen hinsichtlich der erreichbaren Bauteileigenschaften aufweisen. Diese könnten durch die Kombination der Verfahren eliminiert werden. Projektübergreifend wurde weiterhin der Einfluss von Kapillarkräften bei der Herstellung von Mikrobauteilen über Metall- und Kunststoffschmelzen untersucht. Ausgehend von der Übertragung des für metallische Schmelzen also newtonsche Fluide gültigen Modells zur Berechnung der aus der Kapillarkraft resultierenden Fließwege auf strukturviskose Kunststoffschmelzen konnte gezeigt werden, dass auch für diese ein kapillares Fließen auftritt. Aufgrund der u. a. deutlich höheren Viskosität fließen polymere Schmelzen jedoch deutlich langsamer und weniger weit. Die vergleichende Analyse des Einflusses der Rauheit auf das Füllverhalten und die Abformgenauigkeit zeigte bei den kunststoffverarbeitenden Verfahren keine signifikanten Einflüsse durch die Prozesstechnologien. Bei der Verarbeitung metallischer Fluide hatten v. a. hohe Seitenwandrauheiten der Kavitäten einen negativen Einfluss auf die Entformbarkeit der Bauteile. Bei polymeren Bauteilen trat dieser Effekt aufgrund der höheren Plastizität und Schwindung nicht auf. Für die untersuchten Verfahren wurde eine gemeinsame Matrix zur Verfahrensauswahl erstellt. Anhand der Produktspezifikation kann so ein Einzelverfahren, eine Verfahrenskombination oder eine Werkstoffkombination gewählt werden.
