DE10302771B4

DE10302771B4 - System und Verfahren zur Herstellung von Mikrobauteilen

Info

Publication number: DE10302771B4
Application number: DE10302771A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. Bingel; Christof Dipl.-Ing. Weis
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-01-25
Also published as: DE10302771A1

Abstract

Positionieranlage zur Erstellung einer für die Galvanoformung von Mikrobauteilen (8) verwendbaren Negativform aus Systemteilen (3) eines Satzes von Systemteilen, mit
einem Mikrogreifer (1) zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Greifen und Anordnen der Systemteile aus dem Satz von Systemteilen,
einer Positioniervorrichtung zum Positionieren des Mikrogreifers (1)
einem als Auflage für die zu der Negativform anzuordnenden Systemteile (3) dienendes Positionierfeld (22),
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Wandung (92) das Positionierfeld (22) abdichtend umfasst oder abdichtend auf diesem angeordnet ist, wobei die durch Wandung (92) und Positionierfeld (22) entstandene Wanne eine galvanische Flüssigkeit (99) aufnehmen und auf dem Positionierfeld (22) halten kann.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einem System und einem Verfahren, welches die generische, roboterunterstützte Herstellung von Mikrobauteilen mittels Galvanoformung ermöglicht. Aktuelle technische Systeme zur Herstellung von Mikrobauteilen durch Rapid-Prototyping sind komplex und schwer zu beherrschen. Zwei typische Verfahren für das Rapid-Prototyping sind das Lasersintern und die Stereolithographie. In beiden Fällen werden über Lichtquellen (Laser) generisch Werkstoffe und Bauteile über Photovernetzung oder Aufschmelzen von Pulver (Lasersintern) hergestellt.
Nach dem Stand der Mikrosystemtechnik werden neben Mikrofräsen und Mikrobohren auch generische Verfahren, wie Galvanoformung, zur Herstellung von Bauteilen verwendet. In der Galvanik werden dabei gelöste Metallsalze mittels Elektronen an der Kathode zu Metall reduziert. In der Mikrosystemtechnik können z. B. Ni, Cu, Fe, Au aber auch deren Legierungen hochpräzise abgeschieden werden.
Die Formgebung erfolgt über lithographische Prozesse (LIGA, Li: Lithographie, Ga: Galvanoformung). Hier wird mittels einer Maske über einen Lithographie-Schritt das Mikrobauteil hergestellt. Die Prozessschritte des LIGA-Verfahrens umfassen:

1. Belichten einer photoempfindlichen Oberfläche,
2. Härten,
3. Trennen von gehärtetem und ungehärtetem Photolack,
4. Galvanische Abscheidung.

Ein solcher Vorgang ist in der Druckschrift DE 4432725 C1 offenbart.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur generischen Herstellung von Mikrobauteilen weisen verschiedene Nachteile auf.

Für Verfahren, die auf Lithographie beruhen, müssen aufwendige und teure Masken erstellt werden, mit denen man zwar viele Teile pro Maske herstellen kann, aber schnelle Änderungen an der Maske nicht möglich sind. Gerade für geringe Stückzahlen (1–5 Stück) ist die Erstellung einer Maske zu kostenintensiv. Darüber hinaus sind durch die vielen Prozessschritte schnelle Änderungen nur schwer möglich.

Bei der im Rapid-Prototyping verwendeten Stereolithographie können im Primärschritt nur Bauelemente aus polymeren Werkstoffen hergestellt werden. Beim Lasersintern sind metallische Werkstoffe nur in relativ groben Strukturen herstellbar, wie aus der DE 198 56 783 C1 hervorgeht.

Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von einzelnen Magnetbauteilen sowie zu deren Montage zur Herstellung von miniaturisierten Magnetsystemen bekannt ( DE 199 53 650 A1 ). Die Einzelmagnetbauteile weisen hierbei unterschiedliche Formen auf, die aus ihnen zusammengesetzten Magnetstrukturen, wie beispielsweise Ringe oder Streifen, weisen eine Größenordnung von wenigen 100 μm auf. Aus dem Stand der Technik (Vikramaditya, B. et al.: „Microassembly of hybrid magnetic MEMS", Journal of Micromechatronics, Vol. 1, No. 2, pp. 99–116) ist darüber hinaus eine Vorrichtung bekannt, mit der Magnetbausteine von einer Größe im 100 μm Bereich zu Magnetensembles zusammensetzbar sind. Hierzu können beispielsweise Vakuumgreifer eingesetzt werden. Schließlich sind aus dem Stand der Technik auch mikromechanische Systeme mit miniaturisierten Greifern bekannt (Saitou, K. et al.: „Externally resonated linear Microvibromotor for Microassembly", Journal of Microelectromechanical systems, Vol. 9, No. 3, 9/2000). Eine präzise Komponentenpositionierung kann hierbei beispielsweise mit einem auf einem Substrat angebrachten Aktuator in Zusammenwirkung mit entsprechenden Befestigungselementen verwirklicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur schnellen und kostengünstigen Herstellung von Mikrobauteilen, auch bei geringen Stückzahlen, vorzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtungen nach den Ansprüchen 1 und 15 und die Verfahren nach den Ansprüchen 24 und 32 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und der erfindungsgemäßen Verfahren werden in den jeweiligen Unteransprüchen gegeben.

Die Aufgabe wird gelöst, indem mikroskopische Systemteile von verschiedener Form von einem Mikrogreifer, der durch eine Positioniervorrichtung im Raum mit hoher Genauigkeit bewegt wird, gegriffen und so nebeneinander positioniert werden, dass durch die geometrische Struktur die Negativform beziehungsweise Innenform des gewünschten Bauteils entsteht. Die Begriffe „Negativform" und „Innenform" werden nachfolgend als Synonyme verwendet. Der Mikrogreifer kann in einer bevorzugten Ausführung Greifbacken zum Greifen der Systemteile aufweisen, die durch einen Schrittmotor mit hoher Getriebeuntersetzung bewegt werden. Diese so erzeugte Innenform wird mittels einer galvanischen Abscheidung von Metallen (auch Legierungen oder Dispersionen) aufgefüllt. Nach dem Erreichen der gewünschten Bauteildicke werden die galvanische Abscheidung gestoppt und die Formteile sukzessive entfernt. Zurück bleibt ein metallisches Mikrobauteil, das in Abmessungen und Konsistenz hohen Ansprüchen genügt. Bei dieser Art der Herstellung von Mikrobauteilen können auch funktionelle Komponenten z. B. mechanische Lager, elektrische Kontakte, optische Gitter, etc. mit in die Form positioniert werden. Diese Komponenten werden durch den Abscheideprozess in das neue Bauteil integriert.

Die Positioniervorrichtung mit dem Mikrogreifer ist dabei vorzugsweise in einem Roboter integriert. Dabei wird in einer bevorzugten Variante die Zusammenstellung der Systemteile verschiedener Form und deren Position durch einen im Roboter integrierten oder mit diesem verbundenen Computer berechnet. Der Roboter ist dann in der Lage, selbstständig die Systemteile mit dem Mikrogreifer zu fassen, die ermittelte Ablageposition mit dem Mikrogreifer anzufahren und die Teile dort abzulegen.

Das hier vorgestellte System zur galvanischen Herstellung kleinster Bauteile ermöglicht einen vergleichsweise schnellen und qualitätsstabilen Herstellungsprozess bei moderaten Entstehungskosten.

Durch die in der Erfindungsmeldung vorgestellte Lösung können in kurzer Zeit Mikrobauteile auch in kleiner Stückzahl kostengünstig hergestellt werden. Dabei ermöglicht die Erfindung die generische Herstellung von metallischen Bauteilen, die hohen Genauigkeitsanforderungen und Qualitätsansprüchen genügen. Die Lösung eignet sich besonders zur schnellen und flexiblen Herstellung von einzelnen Innenformen für die Herstellung von Mikrobauteilen in galvanischen Prozessen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Beispielen und mit Hilfe von Figuren vorgestellt.
1: Die Figur zeigt wesentliche Bestandteile einer erfindungsgemäßen Anlage zum galvanischen Rapid-Prototyping von Mikrobauteilen;
2: Ausschnitt von der Bewegungsvorrichtung aus 1;
3: Nano-Manipulator;
4: Piezoelektrisches Greifsystem;
5: Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 mit aufgesetztem galvanischen Bad;
6: Auswahl aus Alpha-Systemteilen;
7: Schematische Zeichnung zum Erstellen eines Mikrobauteiles nach Ausführungsbeispiel 1 mit Greifprozess von Systemteilen, Darstellung des Galvanikprozesses, fertiges Mikrobauteil;
8: Kartesischer Roboter;
Ausführungsbeispiel 1
1 zeigt wesentliche Aspekte einer erfindungsgemäße Vorrichtung, die auf einer Grundplatte 23 angebracht ist. Auf der Grundplatte 23 liegt ein von möglichen Vibrationen und anderen Störungen freier Arbeitstisch 21 mit einem magnetischen Positionierfeld 22 auf. Nicht gezeigt in 1 ist die Wandung 92, welche das Positionierfeld 22 abdichtend umfasst und zusammen mit dem Positionierfeld 22 eine Wanne ausbildet, welche eine galvanische Flüssigkeit aufnehmen kann. Dieses wird später beschrieben (5). In dieser Ausführung nimmt nach 1 der Arbeitstisch 21 mit Positionierfeld 22 einen rechteckigen Grundriss an.
Auf der Grundplatte 23 ist ein Portalroboter angeordnet. Dieser weist zwei erste parallele Schienen 711 auf, deren Verlauf eine erste Bewegungsrichtung definiert. Der Portalroboter ist auf dem Grundtisch so positioniert, dass dessen erstes paralleles Schienenpaar 711 zwei parallele Grundseiten dieses rechteckigen Arbeitstisches 21 einfasst. Auf diesem Schienenpaar 711 ist eine weitere gleitend, senkrecht zu dem ersten Schienenpaar und parallel zu einer durch das erste Schienenpaar aufgespannten Ebene gelagerte dritte Schiene 712 mit einer Bewegungsrichtung parallel zu den ersten beiden Schienen 711, also parallel zur ersten Bewegungsrichtung, angeordnet. Der Verlauf dieser dritten Schiene 712 definiert die zweite Bewegungsrichtung. An der dritten Schiene ist ein entlang dieser Schiene, also entlang der zweiten Bewegungsrichtung, bewegbares einen Aktuator (nicht abgebildet) umschliessendes Gehäuse 713 angebracht. An diesem Gehäuse 713 sind außerdem ein optisches Überwachungssystem 51, einen Mikrogreifer 1 und ein Nano-Positioniersystem 4 angebracht. Mikrogreifer 1 und Nano-Positioniersystem 4 lassen sich mit dem Aktuator entlang der zu den ersten beiden Bewegungsrichtungen senkrecht stehenden Z-Achse bewegen. Eine vergrößerte Darstellung dieses Gehäuses 713 ist in 2 wiedergegeben. An dem Gehäuse 713 ist eine Steuerungselektronik (nicht abgebildet) und eine Verkabelung (nicht abgebildet), die diese mit einem Computer verbindet angebracht. Die Steuerelektronik bedient die Positioniervorrichtung, die hier die Schienen 711, 712, das Gehäuse 713, den Aktuator, das Nano-Positioniersystem 4 und den Mikrogreifer 1 umfaßt. Das Überwachungssystem 51 weist in dieser Ausführung zwei diametral an das Gehäuse angebrachte CCD-Kameras auf. Wenn der Mikrogreifer 1, die Systemteile 3 oder das Positio nierfeld 22 für die eine Kamera 51 durch andere Teile der Anordnung verdeckt ist, garantiert die andere Kamera 51 immer noch eine vollständige Erfassung von Mikrogreifer 1, Systemteilen 3 bzw. Positionierfeld 22 möglich. Die Verwendung von zwei Kameras ermöglicht es außerdem, eine räumliche Information zu konstruieren. Die CCD-Kameras 51 sind ebenfalls mit dem Computer verkabelt.
Das Nano-Positioniersystem 4 ist in dieser Ausführung ein in 3 abgebildeter, vierachsiger Nano-Manipulator und dient der exakteren Ansteuerung von Positionen durch den Computer. Der Nano-Manipulator 4 ermöglicht es, mit einer Genauigkeit von bis zu 250 nm, vorzugsweise von bis zu 10 nm, Positionen anzusteuern.
Der Mikrogreifer 1 besteht in dieser Ausführung aus zwei Greiferbacken 12 als Bestandteil eines Rahmens 11, in dem ein piezoelektrischer Aktor 13 eingebettet ist. Ein solcher Mikrogreifer 1 ist in 4 dargestellt. Wenn der piezoelektrische Aktor 13 sich ausdehnt, werden die Greiferbacken 12 zusammengepresst. Wenn der piezoelektrische Aktor 13 sich zusammenzieht, weichen die Greiferbacken 12 auseinander. Mit dieser Technik ist es möglich, die Greiferbacken 12 in bis zu wenigen μm kleinen Schritten direkt mit Hilfe des Piezoaktors 13 zu bewegen. Mit einem solchen Greifer können also kleinste Bauteile formschlüssig oder kraftschlüssig gegriffen werden.
5 zeigt, dass das magnetische Positionierfeld 22 in rechteckige Unterbereiche unterteilt ist, an deren Kanten diese erfindungsgemäß von einer abdichtenden Wandung bzw. einem abdichtenden Rahmen 92 zur Bildung einer für einen galvanischen Prozess benötigten Wanne umfaßt werden. Der Rahmen 92 ragt über die Grundfläche des jeweiligen Positionierfeldes 22 heraus und ermöglicht es damit galvanische Flüssigkeit 99, die den Boden des Positionierfeldes abdeckt, aufzunehmen. Die Unterteilung in Unterbereiche erlaubt es, lokal galvanische Verfahren, mit z. B. verschiedenen galvanischen Flüssigkeiten 99 oder in zeitlich unabhängiger Weise durchzuführen. Alternativ kann die Wandung 92 auch in abdichtender Weise auf dem Positionierfeld 22 angeordnet sein.
In der Nähe der Grundplatte 23 oder auch auf der Grundplatte 23 wird des weiteren ein Magazin mit einem Satz von α-Systemteilen 3 verschiedener Form bereitgestellt. In dieser Ausführung werden die in 6 dargestellten quadratischen, wabenförmigen, dreieckigen, rechteckigen, pentagonalen und hexagonalen Formen verwendet. Die Seitenkanten dieser Systemteile weisen Längen zwischen 4 und 7 μm auf. Jede Form existiert in dem in dem Magazin enthaltenen Satz von Systemteilen 3 mehrfach.
Um zu wissen, welche Systemteile 3 an welcher Position auf dem Positioniertisch 21 angeordnet werden müssen, um die Innenform bzw. Negativform des erwünschten Mikrobauteils zu erhalten, werden in den Computer die geometrischen Verhältnisse des Mikrobauteils in ein Softwaretool eingespeist. Dieses Tool errechnet an welche Positionen auf dem Positionierfeld 22 welche Systemteilformen angeordnet werden müssen, um die Negativform des Bauteils aufzubauen. Nach der errechneten Anordnung werden die Bauteile 3 dann von dem Roboter wie unten beschrieben gegriffen und an die vorgesehene Position gelegt.
Entsprechend des Aufbaus dieses Systems können Sys temteile 3 verschiedener Form von dem Mikrogreifer 1 gegriffen und auf das magnetische Positionierfeld 22 abgelegt werden.
Demnach kann der Greifer nun mit Hilfe des Portalroboters mit hoher Verfahrgeschwindigkeit und höchster Präzision auf ein Magazin mit den vorhandenen Systemteilen zu bewegt werden. Der Portalroboter weist dabei Verfahrwege entlang der x-, y- und z-Richtung von jeweils 200 mm, eine Beschleunigung von max. 3 m/s² und eine Wiederholgenauigkeit von 1 μm auf. Am Magazin wird dann mit Hilfe des optischen Überwachungssystems ein aktuelles Bild der Systemteile 3 im Magazin aufgenommen. Die Signale durch die CCD-Kameras 51 werden durch eine Frame-Grabber-Software verarbeitet und einer Auswertesoftware auf dem PC zugeleitet. Zu dem aktuellen Bild der Kamera von den Systemteilen im Magazin wird die exakte Position des Roboters zum Zeitpunkt der Aufnahme hinzugefügt. Die Software identifiziert die Systemteile durch Vergleich der Umrisse nach dem Hell-Dunkel-Prinzip und kann durch die Positionskoordinaten des Roboters die exakte Position der Teilchen errechnen. Diese Position wird an die Robotersteuerung weitergegeben, so dass diese die Teilchenaufnahmepunkte exakt anfahren kann.
Nach dem Aufnehmen eines Systemteils 3 durch den Piezogreifer 1 wird für die Detektion der Ablageposition der Systemteile 3 ebenfalls ein Bild der Ablageumgebung mit Hilfe der Kameras 51 aufgenommen. Die Berechnung der Ablageposition durch den Computer verläuft identisch zu dem Aufnahmevorgang. Nach der Errechnung der Ablageposition werden die exakten anzusteuernden Roboterkoordinaten an die Robotersteuerung weitergegeben, die Ablageposition mit dem Roboter angesteuert und das Teil an der gewünschten Position abgelegt. Dies ist in 7a dargestellt. Dieser Prozess wird für die verschiedenen Teilchen 3 solange wiederholt bis der erwünschte Grundriss der Innenform erstellt ist. Es können auch Systemteile 3 gleicher Form übereinander gelegt werden, so dass die Höhe dieser Innenform den individuellen Bedürfnissen bezzüglich der Höhe des herzustellenden Mikrobauteils angepasst werden kann.
Ist die Innenform für das Bauteil durch Positionieren der Systemteile 3 an den nach einer Positionierstrategie errechneten Positionen auf dem Positionierfeld 22 erstellt, werden die Teilchen durch ein von einem in dem Positionierfeld 22 integrierten Elektromagneten erzeugtes magnetisches Feld fixiert. Die angeordneten Systemteile 3 können somit auch nicht während des nachfolgenden galvanischen Prozesses verrutschen.
Um den galvanischen Prozess zu starten, wird erfindungsgemäß über den Arbeitstisch eine den obigen Ausführungen gemäße abdichtende Wandung 92 gestülpt (s. 7b). In den von der Wandung 92 eingeschlossenen Raum wird mittels einer Pumpe 95 dann eine galvanische Flüssigkeit 99 von vorgegebener Temperatur und Konzentration gepumpt. Dies ist in 7b in einem schematischen Seitenriss dargestellt. Die aus den α-Systemteilen 3 bestehende Innenform dient zusammen mit dem Positionierfeld 22 in dem Galvanikprozess als Kathode 93. Auf der Oberfläche der galvanischen Flüssigkeit wird eine Anode 94 angebracht. In dem darauf folgenden galvanischen Prozess werden in der galvanischen Flüssigkeit gelöste Metallsalze mittels Elektronen an der Kathode zu Metall reduziert, das sich in diesen Bereichen, die Innenform auffüllend, dann ablagert. Nach Beendigung des galvanischen Prozesses wird das Bad 99 abgelas sen, gespült und die Wandung 92 abgenommen. Das Positionierfeld 22 ist dann wieder frei zugänglich. Danach werden der Elektromagnet abgeschaltet und die Alpha-Systemteile entfernt, so dass das fertige aus den übrig gebliebenen Ablagerungen bestehende Mikrobauteil 8 wie in der 7c isoliert auf dem Positionierfeld 22 liegt.
Ausführungsbeispiel 2
Wie im Ausführungsbeispiel 1 ist in diesem Beispiel die Anlage zum galvanischen Rapid-Prototyping von Mikrobauteilen aus einer Grundplatte, einem Arbeitstisch, einem magnetischen Positionierfeld, einem Roboter, in dem ein optisches Überwachungssystem, ein Mikrogreifer und ein Nano-Positioniersystem integriert sind, zusammengesetzt. In diesem Beispiel wird jedoch statt eines Portalroboters ein aus drei einzelnen hochgenauen Linearachseinheiten aufgebautes kartesisches Robotersystem verwendet. Ein solches System ist in 8 dargestellt. Dabei wird eine erste Achseinheit 711' entlang einer Grundseite des rechteckigen Positionierfeldes angeordnet. Senkrecht auf dieser ersten Achseinheit 711' und parallel zu der Oberfläche des Positionierfeldes wird eine zweite, entlang der ersten Achseinheit 711' verschiebbaren Achseinheit 712' angeordnet. Eine senkrecht zur ersten und zweiten Achseinheit entlang der zweiten Achseinheit bewegliche angeordnete dritte, als Schiene bestehende Achseinheit 713' sorgt für die laterale Beweglichkeit entlang des dritten Freiheitsgrades. Dies geschieht, indem ein auf der Schiene sitzender Reiter bewegbar ist. Des weiteren wird zur Präzisierung der Positionierung des Greifers ein zwischen dem kartesischen Roboter und dem Greifer angeordnete Positioniereinheit in Form eines Piezo-Hexapods mit 6 Achsen eingesetzt, der über Piezoaktoren und Piezosensoren verfügt. Mit diesem System lassen sich mit den Piezoaktoren Genauigkeiten im Anfahren und mit Piezosensoren im Erfassen von Positionen von bis zu 10 nm erreichen. Wenn die Innenform mit dieser Vorrichtung entsprechend des Ausführungsbeispiels 1 erstellt und auf dem Positionierfeld durch ein elektromagnetsches Feld fixiert worden ist, wird das Positionierfeld von dem Arbeitstisch abgenommen und in ein galvanischen Bad abgesenkt. Der galvanische Prozeß verläuft dann analog zu dem in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen galvanischen Prozeß.

Claims

Positionieranlage zur Erstellung einer für die Galvanoformung von Mikrobauteilen (8) verwendbaren Negativform aus Systemteilen (3) eines Satzes von Systemteilen, mit einem Mikrogreifer (1) zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Greifen und Anordnen der Systemteile aus dem Satz von Systemteilen, einer Positioniervorrichtung zum Positionieren des Mikrogreifers (1) einem als Auflage für die zu der Negativform anzuordnenden Systemteile (3) dienendes Positionierfeld (22), dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (92) das Positionierfeld (22) abdichtend umfasst oder abdichtend auf diesem angeordnet ist, wobei die durch Wandung (92) und Positionierfeld (22) entstandene Wanne eine galvanische Flüssigkeit (99) aufnehmen und auf dem Positionierfeld (22) halten kann.
Positionieranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ein Nano-Positioniersystem (4) zum Positionieren des Mikrogreifers mit einer Präzision bis 250 nm aufweist.
Positionieranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung ein Nano-Positioniersystem (4) zum Positionieren des Mikrogreifers mit einer Präzision bis 10 nm aufweist.
Positionieranlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nano-Positioniersystem (4) ein Nano-Manipulator ist.
Positionieranlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Nano-Positioniersystem (4) ein Piezo-Hexapod ist.
Positionieranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung und der Mikrogreifer (1) als Bestandteile eines Roboters durch diesen steuerbar sind.
Positionieranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen unter dem Positionierfeld (22) angeordneten Elektromagneten und/oder Permanentmagneten zur Fixierung von Systemteilen.
Positionieranlage nach einem der Ansprüche 6 bis 7, gekennzeichnet durch einen Steuercomputer zur Berechnung einer die geometrische Form der Negativform wiedergebenden Anordnung der Systemteile (22), und/oder ein optisches Überwachungssystem (51) zur Erfassung von Ablagepositionen auf dem Positionierfeld (22) und deren Weiterleitung an einen Steuercomputer und/oder zur Erfassung von Positionen und Formen von Systemteilen (3) und deren Weiterleitung an einen Steuercomputer.
Positionieranlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (51) mindestens eine CCD-Kamera umfasst.
Positionieranlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein vierachsiger Portalroboter ist.
Positionieranlage nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein kartesischer Linearroboter ist, der drei einzelne hochgenaue Linearachseinheiten aufweist.
Positionieranlage nach Anspruch 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Nano-Positioniersystem (4) Piezoaktoren aufweist.
Positionieranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrogreifer (1) Greiferbacken (12) aufweist, die durch einen Piezoaktor (13) bewegbar sind.
Positionieranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrogreifer (1) Greiferbacken (12) aufweist, die durch einen Schrittmotor bewegbar sind.
Vorrichtung zur Erstellung einer für die Galvanoformung von Mikrobauteilen verwendbaren aus. Systemteilen bestehenden Negativform, gekennzeichnet durch einen Satz von Systemteilen (3) und einer Positionieranlage nach einem der vor hergehenden Ansprüche.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Satz von Systemteilen (3) eine beliebige für die Galvanoformung von Mikrobauteilen (8) verwendbare Negativform aus mehreren der Systemteile (3) zusammensetzbar ist.
Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemteile (3) durch einen Mikrogreifer (1) greifbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemteile (3) magnetisierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemteile zumindest teilweise verschiedene Formen und/oder Größen aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Systemteile (3) eine dreieckige Form und/oder ein Teil der Systemteile (3) eine quadratische Form und/oder ein Teil der Systemteile (3) eine pentagonale Form und/oder ein Teil der Systemteile (3) eine hexagonale Form und/oder ein Teil der Systemteile (3) eine octagonale Form aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten der Systemteile (3) eine Länge von 0,5 bis 100 μm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten der Systemteile (3) eine Länge von 1 bis 30 μm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten der Systemteile (3) eine Länge von 3 bis 10 μm aufweisen.
Verfahren zur Erstellung einer für die Galvanoformung von Mikrobauteilen verwendbaren Negativform, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform aus einem oder mehreren Systemteilen (3) verschiedener oder gleicher Form aus einem Satz von Systemteilen (3) auf dem Positionierfeld (22) einer Positionieranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14 angeordnet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemteile (3) durch einen Mikrogreifer (1) gegriffen werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemteile mit dem Mikrogreifer (1) kraft- oder formschlüssig gegriffen werden und der Mikrogreifer (1) mit einer Positioniervorrichtung bewegt wird.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass magnetisierbare Systemteile (3) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Systemteile (3) mit zumindest teilweise verschiedenen Formen und/oder Größen angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Systemteilen (3) auf dem Positionierfeld (22) erstellte Negativform mit einem elektromagnetischen Feld auf diesem befestigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Form und Position der zu greifenden Systemteile (3) und/oder die Position, an der die Systemteile (3) auf dem Positionierfeld (22) abgelegt werden, mit einem optischen Überwachungssystem (51) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form des Mikrobauteiles in einen einen Roboter steuernden Computer eingegeben wird, der Computer daraus die zu verwendenden Systemteile (3) und deren Positionen auf dem Positionierfeld (22) errechnet, der Computer die Position des Mikrogreifers (1) abfragt, der Computer die Position des Mikrogreifers (1) zu dem Kamerabild der zur Verfügung stehenden Systemteile (3) hinzugefügt, ein erstes benötigtes Systemteil durch Vergleich der Umrisse nach dem Hell-Dunkel-Prinzip identifiziert wird, der Computer die Positionskoordinaten des benötigten Systemteils (3) berechnet, der Computer die so ermittelten Positionen an die Robotersteuerung zum Aufnehmen des Systemteils (3) weitergibt, die Robotersteuerung diese Position mit dem Mikrogreifer (1) anfährt und das Systemteil (3) mit dem Mikrogreifer (1) aufnimmt, der Computer die Ablageposition des mit dem Mikrogreifer (1) gegriffenen Systemteils (3) mit Hilfe der Kamerabilder der Ablageumgebung und gegebenenfalls mit Hilfe der Position des Mikrogreifers (1) bestimmt, der Computer die Ablageposition an die Robotersteuerung weitergibt, die Robotersteuerung das vom Mikrogreifer gegriffene Systemteil an der Ablageposition ablegt, und dieser Vorgang wiederholt wird bis alle zur Negativform benötigten Systemteile angeordnet sind.
Verfahren zur Erstellung eines Mikrobauteils, wobei eine Negativform aus mehreren Systemteilen (3) verschiedener oder gleicher Form zusammengesetzt und auf einem Positionierfeld (22) ange ordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform mit einer galvanischen Flüssigkeit (99) umgeben wird und das Mikrobauteil durch eine die Negativform auffüllende Abscheidung in einem galvanischen Prozess mit der Negativform als Kathode und einer weiteren Anode hergestellt wird.
Verfahren zur Erstellung eines Mikrobauteils nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (92) auf dem als Ablage für die zu der Negativform angeordneten Systemteile (3) dienenden Positionierfeld (22) abdichtend angeordnet wird und die Negativform durch Anfüllen der so entstehenden Wanne mit der galvanischen Flüssigkeit (99) umgeben wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Negativform nach einem durch einen der Ansprüche 24 bis 31 beschriebenen Verfahren zur Erstellung einer für die Galvanoformung von Mikrobauteilen verwendbaren Negativform hergestellt wird.
Verfahren zur Erstellung eines Mikrobauteiles nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Positionierfeld (22) angeordnete Negativform zusammen mit dem Positionierfeld (22) in ein galvanisches Bad eingetaucht wird.
Verfahren zur Erstellung eines Mikrobauteiles nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch ge kennzeichnet, dass die Wandung (92) die Kanten des als Ablage für die zu einer Negativform angeordneten Systemteile (3) dienenden Positionierfeldes (22) abdichtend umfassend angeordnet wird und die so aus Positionierfeld (22) und Wandung (92) entstehende Wanne zum Anfüllen mit der galvanischen Flüssigkeit (99) verwendet wird.