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Wichtige Trends in der Präzisionsfertigung in 2021

3 Minuten lesen - Veröffentlicht auf December 14, 2020

Wir haben die Möglichkeit, an einigen der herausforderndsten Projekte zu arbeiten, von Präzisions-Bestückungsmaschinen für CERN bis hin zu optischen Messungen für die Halbleiterproduktion der nächsten Generation. Überall sehen wir spannende Trends bei den Präzisionsanforderungen. Hier zeigen wir nur einige dieser Trends aus den Branchen in denen wir tätig sind.

Seit über 25 Jahren bietet IBS Precision Engineering Hoch-Präzisions-Lösungen für die High-Tech Produktion, für Hersteller wissenschaftlicher Instrumente und für Forschungsinstitute.

Als Teil der internationalen Precision Engineering Gemeinschaft liefern wir erstklassige Messmaschinen und Messsysteme für hochpräzise Teile, Prozesse oder Instrumente. Wir konstruieren und fertigen auch Module, die in Produkte, Maschinen oder Instrumente unserer Kunden integriert werden, um sicherzustellen, dass sie extreme geometrische oder kinematische Genauigkeit erreichen können.

Wir haben die Möglichkeit, an einigen der herausforderndsten Projekte zu arbeiten, von Präzisions-Bestückungsmaschinen für CERN bis hin zu optischen Messungen für die Halbleiterproduktion der nächsten Generation. Überall sehen wir spannende Trends bei den Präzisionsanforderungen. Hier zeigen wir nur einige dieser Trends aus den Branchen in denen wir tätig sind.

Halbleiterausrüstung

Wenn es um Anlagen zur Halbleiterherstellung geht, wie z.B. Lithographie Maschinen, hört der Hunger nach Präzision nicht auf. Je kleiner die Strukturen desto höher ist die Anforderung an die Präzision. Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise beispielsweise liegt die typische Schicht-zu-Schicht-Genauigkeit (Overlay) bei der Herstellung aktuell bei 1,5 Nanometern (etwa 1/50.000 der Breite eines Haares). Die in den Lithographie Maschinen der neuesten Generation integrierten Spiegel erfordern eine Formgenauigkeit, die nochmals um den Faktor 100 kleiner ist.

Mit der angestrebten Präzision nimmt auch die benötigte Fertigkeit zu, potenzielle Störungen innerhalb der Maschine zu kontrollieren. Zum Beispiel unerwünschte Temperaturgradienten oder unbeabsichtigte Vibrationen auf extrem niedrigem Niveau können erhebliche Auswirkungen auf die Leistung haben und müssen beherrscht werden. Je komplexer jedes funktionale Teil einer Maschine wird, desto schwieriger wird auch die erforderliche Messstrategie um das Ziel zu erreichen. Diese Strategie muss jedes der Teile und ihre Wechselbeziehungen berücksichtigen.

Blog_Trends_Precision_Manufacturing_750px_DE_1Mittels Digital Twin werden komplexe Systeme in Modellen beschrieben. Simulationen werden verwendet, um Einflüsse des thermischen Verhaltens, des strömungsinduzierten Verhaltens oder der Dynamik zu identifizieren. Die kinematische und dynamische Systemmodellierung wird angewendet, um die Bewegungsleistung zu analysieren und zu verbessern. Bei fortschrittlichen Maschinen werden die Modelle auf in das System eingebettete Echtzeit-Software übertragen

Da bei der Halbleiterproduktion so viel auf dem Spiel steht, muss die Qualität schon in das Konzept eingebettet werden. Prüfwerkzeuge werden immer gefragter, um die Leistung der Teile in jeder Phase der Fertigung zu qualifizieren.

Bei IBS konstruieren wir jetzt bis zum Pikometer. Die Herstellung virtueller Maschinen ist zur Norm und Strategien für große Datenmengen sind zu einer Standardanforderung geworden, da die Maschinen immer intelligenter werden.

Werkzeugmaschinen

Komplexe Werkstücke wie Turbinenschaufeln, Laufräder und medizinische Prothesen werden in der Regel auf 5-Achsen-Werkzeugmaschinen hergestellt. Für Werkzeugmaschinenbauer und Anwender ist es unerlässlich, Geometrie-, Oberflächen- oder Formfehler auf ein Minimum zu reduzieren. Die Maschinenqualifizierung verhindert Fehler, bevor sie auftreten. Qualifizierungswerkzeuge müssen schnell genug sein, um sich in den Produktionsplan zu integrieren, und intelligent genug, um das volle dynamische Verhalten der Maschine zu messen. Die neueste Generation von Messsystemen in diesem Bereich kann die volle Genauigkeit einer Werkzeugmaschine in weniger als einer Minute messen. Diese Systeme ermöglichen eine vorausschauende Instandhaltung um die Betriebszeit und Lebensdauer der Maschine zu verlängern.

Blog_Trends_Precision_Manufacturing_750px_DE_2Produktionsprozesse müssen zunehmend auf Wiederholbarkeit, Qualität und Sicherheit der Produktion zertifiziert werden. Die Anwendung internationaler Normen (wie z.B. ISO 10791-6) ermöglicht es Maschinenbauern, Maschinenanwendern und Endkunden, sich auf gemeinsame Qualitätsziele zu einigen.

Industry 4.0 hilft Unternehmen, ihre Kosteneffizienz zu verbessern, kundenorientiert zu werden und ihre Flexibilität zu steigern. Zentrale Datenverwaltung und -analyse, Leistungsdaten in Echtzeit und Verbesserungen durch Software-Kompensation machen diese nächste Revolution zur Realität.

Druckausrüstung

Das Drucken erfordert seit vielen Jahrzehnten Präzision, da das menschliche Auge sehr empfindlich für die genaue Registrierung von Farben ist. Heute muss dies jedoch über eine Fläche von mehreren Metern erreicht werden. Dafür müssen große zylindrische Druckausrüstungsteile eine Genauigkeit im Submikrometerbereich (<10-6 m) erreichen, während im Gegenzug die Abmessungen auf etwa 5 Meter angewachsen sind.

Blog_Trends_Precision_Manufacturing_750px_DE_3Mit fortschrittlichen Drucktechnologien werden nicht nur visuelle Daten gedruckt, sondern auch Geräte z.B. Elektronik. Dies erfordert die Steuerung des Substrats während des Druckvorgangs mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich, unabhängig davon, ob das Substrat dünn (Glas) oder flexibel (Kunststofffolien) ist. Diese Präzision kann mit Technologien wie Luftlagern für den Transport oder zur Stabilisierung dieser Substrate erreicht werden. Zur Überprüfung der Genauigkeiten können Inline-Inspektionsinterferometer eingesetzt werden.

Blog_Trends_Precision_Manufacturing_750px_DE_4Mit dem Übergang vom 2D- zum 3D-Druck werden diese Genauigkeitsanforderungen räumlich. Hier sind präzise Bewegungskomponenten der Schlüssel, um die erforderliche volumetrische Wiederholbarkeit zu erreichen. Die neuesten 3D-Drucker (Polymerdrucker) sind in der Lage, Merkmale im Submikrometerbereich zu drucken. Für die Produktion erfordert dies extrem genaue X-, Y- und Z-Tische. Luftlager ermöglichen eine reibungslose Bewegung mit hoher Geschwindigkeit, was sowohl für Genauigkeit als auch für Produktivität unerlässlich ist.

Die Herausforderung annehmen

Im Bereich des Precision Engineering hören die Herausforderungen nie auf. Zum Glück auch nicht der Einfallsreichtum der Ingenieure, die sich diesen Herausforderungen gerne stellen.

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veröffentlicht December 14, 2020

Theresa Spaan-Burke

Innovation Director, IBS