Funktionsoberflächen und Mikrofertigung

Feinwerktechnische Bauteile und Mikrobauteile werden überwiegend im Automobil-, Maschinen- und Werkzeugbau sowie in der Medizin- und Sensortechnik eingesetzt; zunehmend werden aber auch aus der Textilindustrie, der Optik sowie der Luft- und Raumfahrt bedarfsgerechte Funktionsoberflächen und Mikrostrukturbauteile gefordert.

Maßgeblichen Einfluss auf die Funktionalität eines Bauteils haben dessen Oberflächentopographie und oberflächennahe Randschicht, da in diesem Bereich die Wechselwirkungen zur Umwelt und zum technischen System stattfinden. Dabei handelt es sich z. B. um tribologisch beanspruchte Oberflächen, Dicht- und Fügeflächen sowie optisch-, thermodynamisch-, haptisch- oder biologisch-funktionale Oberflächen. Fertigungsverfahren und nachgelagerte Prozesse werden gezielt zur Einstellung von geometrischen und physikalischen Eigenschaften der oberflächennahen Randschicht zur Ausbildung einer Funktionsoberfläche am Werkstück genutzt und modifiziert. Daraus ergibt sich ein komplexes Handlungsfeld, das von der energetischen Bewertung von Fertigungsprozessen über die Erweiterung von Verfahrensgrenzen, die Entwicklung von Verfahrenskombinationen bzw. die Substitution von Operationen, die Auslegung von ressourcenschonenden Prozessketten bis hin zur Entwicklung spezieller Werkzeuge und Maschinentechnik reicht.

Die Miniaturisierung von Bauteilen und Funktionselementen erschließt neue Potenziale in verschiedensten Lebensbereichen. So können in der Medizintechnik durch miniaturisierte Implantate verloren gegangene Körperfunktionen wiederhergestellt werden, und in der Chemie laufen durch Mikroreaktoren chemische Reaktionen zuverlässiger und rentabler mit geringeren Mengen an Reagenzien ab. Mit kleiner werdenden Abmessungen der Bauteile erschließt sich zudem ein erhebliches Leichtbaupotenzial. Nicht nur Material und Energie können eingespart, sondern auch andere Effekte und Funktionsprinzipien als in der klassischen Technik nutzbar gemacht werden. Mit der Miniaturisierung der Bauteile und Funktionselemente verändert sich auch das Verhältnis von Bauteiloberfläche zu Bauteilvolumen erheblich. Damit ist eine intensivere und dynamischere Interaktion der Mikrobauteile mit ihrer Umwelt möglich.

Die Gestaltung und Fertigung von Funktionsoberflächen und miniaturisierten Systemen erfordert neben einem hohen Prozessverständnis auch die ständige Anpassung an aktuelle Bedarfe. An den damit verbundenen Herausforderungen forschen wir und entwickeln maßgeschneiderte Lösungen für die Industrie. Dazu gehört z. B. die Weiterentwicklung der abtragenden Verfahren der elektrochemischen Bearbeitung (ECM), der Funkenerosion (EDM) und der Lasermaterialbearbeitung (LMB) in Kombination mit spanenden oder abformenden Verfahren. Zur Bewertung und Verifizierung der Wirkungsweise der erzeugten Funktionsoberflächen und Mikrosysteme nutzen wir u. a. geometrische und tribometrische Messtechnik.

Trends

• Einbindung aktorischer Systeme, mit denen Prozesse stabilisiert, der Abtrag erhöht und die Präzision gesteigert werden können
• Gestaltung ressourceneffizienter Prozessketten für schwer zerspanbare Werkstoffe mit Makro- und Mikrogeometrien
• Entwicklung hybrider Verfahren und Verfahrenskombinationen für Funktionsoberflächen und Mikrosysteme