Skalierung in den Makrobereich
In der Mikrosystemtechnik haben die traditionell hohen Anforderungen an Füge- bzw. Bondverfahren bzgl. Reinheit, Toleranzen, Bauteilkomplexität sowie der hohe Bauteildurchsatz präzise Verfahren und vielstufige Herstellungsprozessketten hervorgebracht. Für Fügeprozesse der makroskopischen industriellen Produktionstechnik können Technologien aus der Mikrosystemtechnik transferiert werden, um Wärmeeintrag und Prozesszeit zu reduzieren. Beispielsweise lassen sich mit dem in der Mikrosystemtechnik bereits eingesetzten Sintern von µm/nm-Partikeln Temperaturen für Fügeprozesse metallischer Komponenten erheblich reduzieren.
Mikrotechnologische Verfahren können hierbei zum Aufbringen eines Lots aus Nano- und Mikropartikelpasten für das Niedertemperaturfügen oder für die generative Präzisionsfertigung von beispielsweise Mikroinduktoren einen großen Beitrag leisten. Nanowerkstoffe besitzen, verglichen mit dem entsprechenden Massivmaterial, extrem hohe elektrische Widerstände, sodass diese Materialien induktiv sehr effizient erwärmt werden können. Die Lötverbindung kann damit mit einem deutlich reduzierten Wärmeeintrag hergestellt werden. Anwendungsfälle für die Skalierung könnten Fügeprozesse an thermomechanisch behandelten metallischen Werkstoffen oder bei Fügepartnern mit stark unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sein.
Technologie zum Partikelsintern makroskopischer Bauteile
Das in der Mikrotechnik bereits eingesetzte Sintern von µm/nm-Partikeln (bspw. Silbersintern von Leistungselektronik auf Keramikleiterplatte) ist in makroskopischen Lötprozessen bisher wenig in Anwendung. Während typische Hartlöt-Prozesse bei Temperaturen zwischen 550 °C und 900 °C durchgeführt werden, findet das Silbersintern aufgrund der geringen Partikelgrößen bei Temperaturen zwischen 250 °C und 280 °C statt. Zudem besitzen Nanowerkstoffe, verglichen mit dem entsprechenden Massivmaterial, erhöhte elektrische Widerstände, sodass diese Materialien induktiv sehr effizient erwärmt werden können. Die Lötverbindung kann damit mit einem deutlich geringeren und lokal begrenzten Wärmeeintrag hergestellt werden. Positive Auswirkungen hiervon sind geringerer Bauteilverzug, ohne Verlust mikrostrukturell bedingter Eigenschaften (z. B. Härte, Festigkeit). Einsatzgebiet für diese Technologie sind Fügeprozesse höherfester und gehärteter Bauteile sowie unterschiedlicher Materialkombinationen wie in der Werkzeugfertigung und Medizintechnik.
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Technologie zum Induktionsschweißen von Verpackungsfolien mit µm–Aluminiumbarriere
Das Verschweißen von Kunststofffolien, z. B. Beutel in der Verpackungsindustrie, wird nach gegenwärtigem Stand der Technik hauptsächlich durch Kontakterwärmung realisiert. Dabei wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit vor allem durch die Wärmeleitung im Kunststoff bestimmt. Der neue induktionsbasierte Technologieansatz nutzt die oftmals als Licht- und Aromabarriere vorhandene Aluminiumschicht in Verpackungsfolien zur Erzeugung der notwendigen Schweißwärme.
Die sich hieraus ergebenden Vorteile wie kurze Prozesszeit, hoher Durchsatz, geringe thermische Belastung des Füllgutes stellen ein erhebliches Potenzial für eine effiziente Verarbeitung von thermoplastischen Kunststofffolien in der Kunststoff- und Verpackungstechnik dar.
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