 BMBF-geförderte Nachwuchsforschungsgruppe
„Ultrapräzisionsbearbeitung mit atomaren Teilchenstrahlen (UAT)“
FuE-Aufgaben:
- Plasmajet- und Ionenstrahl-Präzisionsbearbeitung von Oberflächen
- Erschließung neuer Technologiefelder und Materialien
- Prozesskettenentwicklung, Prozesszusammenführung
- Technologietransfer in Klein- und mittelständische Unternehmen der Region
- Inhaltliche und formale Qualifizierung von Nachwuchswissenschaftlern und Technikern
Das Vorhaben
Die teilchenstrahlen-basierte Ultrapräzisionsbearbeitung von Oberflächen als ein Teilgebiet der Nanotechnologie beinhaltet die hochdeterministische Herstellung von exakten Oberflächenformen und -strukturen mit Fertigungsgenauigkeiten in der Bearbeitungstiefe bis in den Ångström-Bereich hier unter Verwendung der Strahlwerkzeuge Ionenstrahl und reaktiver Plasmajet. Die zu bearbeitenden Flächen können von wenigen Quadratmillimetern bis zu einigen Quadratmetern ausgedehnt und plan oder konkav bzw. konvex geformt sein.
Formgenauigkeit, Struktur und Funktionalität von Oberflächen bestimmen immer mehr die Eigenschaften moderner Produkte. Damit wachsen die Anforderungen an die Qualität von Werkstückoberflächen rasant. Verfahren zur Herstellung von Oberflächen, die nahezu atomare Fertigungstoleranzen besitzen, sind bereits heute ein reales industrielles Erfordernis.
Links: Chemisch reaktiver Plasmajet mit gaussförmiger Werkzeugfunktion.
Rechts: Schema einer Plasmajet-Quelle und Querschnitt durch ein Abtragsprofil
Im IOM werden seit zwei Jahrzehnten deterministische Präzisionsbearbeitungsmethoden auf der Basis von niederenergetischen Ionenstrahlen sowie seit zehn Jahren auf der Basis von chemisch reaktiven Plasmajets entwickelt. Mit einer Kombination bzw. Hintereinanderschaltung beider Technologien in geeigneten Prozessketten können die skizzierten Anforderungen an die Präzision der Oberflächenform erfüllt werden.
Mit der Einbindung der regionalen technologieorientierten klein- und mittelständischen Unternehmen durch gemeinsame FuE-Projekte und Know-how-Transfer sollen die erzielten wissenschaftlichen und technologischen Ergebnisse in industrietaugliche Produkte und Prozesse bzw. Systemlösungen überführt werden. Damit wird der regionale Wissenschaftsstandort mit Blick auf den globalen Wettbewerb im Fachgebiet der Ultrapräzisionsbearbeitung für die Zukunft entscheidend gestärkt und ausgebaut.
Auswahl verschiedener mikrowellenangeregter Plasmajet-Quellen
Die Ziele
Die Nachwuchsforschungsgruppe will bisher ungenutzte Potentiale der Plasmajet- und Ionenstrahl-Technologie zur Ultrapräzisionsbearbeitung von Oberflächen ausschöpfen und neue Anwendungen erschließen.
Wesentliches Ziel ist es, die Technologien und Strahlwerkzeuge vom Labor- bzw. Pilotmaßstab anwendungsspezifisch und gemäß industrieller Gegebenheiten zu qualifizieren und auf Produktionsanforderungen zu skalieren. Dies geschieht in enger Kooperation mit potentiellen Anwenderfirmen und unter enger Einbeziehung der regionalen Hochtechnologieunternehmen, die von einem Technologietransfer direkt profitieren.
Mittels FEM berechnete Oberflächentopologie nach einer Plasmajet-Bearbeitung
Die thematischen Schwerpunkte
Das FuE-Vorhaben umfasst die zwei Schwerpunkte Plasmajettechnologie und Ionenstrahltechnologie, wobei es eine enge Verknüpfung zwischen beiden Themen gibt.
Die Arbeiten gliedern sich in die folgenden Teilprojekte:
(1) Plasmajettechnologie
- Erzeugung und Anwendung von chemisch reaktiven Plasmajets auf Oberflächen
- Neuentwicklung und Optimierung von Verfahren und Prozessketten
(2) Ionenstrahltechnologie
- Weiterentwicklungen und Erschließung der Bearbeitbarkeit von Materialien, die mit den bisherigen Verfahren einer Ionenstrahlpräzisionsbearbeitung nicht zugänglich sind – Metalle und Keramiken
- Optimierung der Verfahren zur ultrapräzisen Subapertur-Strahlbearbeitung von Oberflächen
(3) Plasmajet/Ionenstrahl-Hybridverfahren
- Neuentwicklung eines Verfahrens zur hochgenauen Bearbeitung von Materialien, die nicht direkt der Plasmajet-Bearbeitung zugänglich sind
(4) Mathematische Algorithmen
- Neuentwicklung und Optimierung erweiterter mathematischer Verfahren für die ultrapräzise Oberflächenbearbeitung
(5) Komponentenentwicklung
- Neuentwicklung und Optimierung von Plasmajet- und Ionenstrahlquellen zur Effektivitätssteigerung und Kostenreduzierung für produktionstaugliche Verfahren
Eckdaten
Laufzeit: 1.1.2008 - 31.12.2012
Mitarbeiter:
Die Partner
Kontakt
Dr. Thomas Arnold
Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V.
Permoserstr. 15
04318 Leipzig
Germany
Email:
Tel. (0341) 235 3120
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