Akademie-Journal 1/2004 - Union der deutschen Akademien der ...

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Abb. 5
Mikrolinearmotor
[6]. Die im SFB 516
erarbeiteten Methoden
und Technologien
werden an sog.
Demonstratoren verifiziert.
Das Bild
zeigt einen aufgebautenMikrolinearmotor
in einem
Kraftmeßversuchsstand
zum Charakterisieren
der erreichbaren
Kräfte (Quelle:
SFB 516)
Abb. 6
Mikrotechnisch hergestellter
Greifer
[6], wird mit pneumatischenFaltenbalgaktorenbetrieben.
Die Aktoren arbeiten
nach dem Differentialprinzip.
Das
heißt, je ein Aktor
wird zum Öffnen und
zum Schließen des
Greifergetriebes verwendet
(Quelle: SFB 516)
in dem Reaktionen erfolgen, die in konventionellen
thermischen Systemen Temperaturen über
1000° C benötigen. Durch die Parallelisierung
mehrerer Mikroreaktoren kann der Durchsatz erhöht
werden.
Mikrolinearmotor
Während inzwischen eine Vielzahl von mikrotechnisch
hergestellten Sensoren angeboten werden,
sind Lösungen im Bereich der miniaturisierten
Aktoren vergleichsweise selten. Anwendungsfelder
hierfür sind in der Medizintechnik
Antriebe für miniaturisierte Werkzeuge bei der
minimalinvasiven Chirurgie oder Antriebsmotoren
für Mikromaschinen und Mikroroboter. Der
SFB 516 Konstruktion und Fertigung aktiver Mikrosysteme
[6] beschäftigt sich in Braunschweig
und Hannover mit den erforderlichen Technologien
zur Herstellung derartiger Mikrosysteme
auf der Basis des elektromagnetischen Prinzips.
Der Linearmotor (Abb. 5) ist aufgebaut aus einem
elektrisch aktiven Teil, dem Stator, und einem
geführten Läufer, der den magnetischen
Rückschluß über Luftspalte schließt. Der Stator
verfügt über mehrere Reihen von Polstrukturen,
die von einer vertikalen Mäanderspule umwunden
werden. Der Läufer besteht aus einer den
Stator überspannenden Traverse mit kammförmigen,
weichmagnetischen Strukturen, die zwi-
schen die Pole des Stators ragen. Durch eine
schrittweise Stromansteuerung der einzelnen
Mäanderspulen werden elektromagnetisch Kräfte
erzeugt, die den Motor vorwärts bewegen. Die
bisher gefertigten Motoren ermöglichen mit Gesamtabmessungen
von ca. 10 mm einen Verfahrweg
über einige Millimeter. Die Strukturabmessungen
der magnetischen Pole liegen dabei bei
50 µm = 1/20 mm. Zur Fertigung der Motoren
werden optimierte UV-Tiefenlithographie-Verfahren
zum Herstellen von Galvanoformen eingesetzt,
in denen durch galvanische Abscheideprozesse
Leiterbahnen und weichmagnetische
Strukturen erzeugt werden. Isolatorwerkstoffe
sind Fotolacke.
Mikrogreifer
Ein Beispiel für einen mikrotechnisch hergestellten
Greifer ist der in Abb. 6 dargestellte Parallelgreifer
mit zwei Faltenbalgaktoren zum Öffnen
und Schließen der Greifbacken. Der Greifmechanismus
kann monolithisch in Silizium oder in
SU-8 (Fotolack) mit stoffschlüssigen Gelenken
(„Filmgelenken“) aufgebaut werden. Bei stoffschlüssigen
Gelenken wird die Beweglichkeit
des Mechanismus durch eine gezielte Schwächung
der mechanischen Struktur an definierten
Stellen erreicht. Man spricht von nachgiebigen
Mechanismen (compliant mechanism). Solche
Mechanismen eignen sich für eine Miniaturisierung
besonders gut. Eine Möglichkeit, derartige
Strukturen in Silizium herzustellen, ist das plasmaunterstützte
Trockenätzen (Reactive Ion Etching
– RIE). Durch das Anwenden solcher Opferschichttechnologien
lassen sich die Mikromechaniken
auch aus strukturierten Fotolacken herstellen.
Ausblick
Eine neue Dimension der Miniaturisierung und
Funktionsintegration bei der Entwicklung und
Herstellung innovativer Produkte eröffnet die
Nanotechnolgie. Eine klare Abgrenzung zwischen
der Mikro- und der Nanotechnologie erscheint
heutzutage sowohl hinsichtlich der Herstellung
von Strukturen sowie definierter Oberflächen
nur über die kleinsten erreichbaren Abmessungen
sinnvoll. Eine pragmatische Definition
besagt daher: Nanotechnologie ist die Gesamtheit
aller technischen Verfahren, die Materiestrukturen
von unter 100 Nanometern Ausdehnung
nutzen oder herstellen. Heinrich Rohrer,
der Miterfinder des Rastertunnelmikroskops,
warnt in dieser Hinsicht jedoch vor der Überbetonung
der Miniaturisierung. “Nanotechnologie
bedeutet nicht kleiner, schneller, billiger. Nanotechnologie
heißt: intelligenter, intelligenter, intelligenter“
[7].
Nanotechnologie umfaßt die Produktion und
Anwendung von physikalischen, chemischen
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