Großer Erfolg mit kleinsten Teilen

C-Techniken - Die Produktion miniaturisierter Bauteile erfordert spezielle Herstellungsmethoden. Die microTEC GmbH fertigt derartige Produkte werkzeugfrei und direkt aus den CAD-Daten heraus. Erzeugt werden die Daten mit Hilfe der Software SolidWorks und verschiedenen Zusatzprogrammen.

22. Juni 2005

Zahnräder mit einem Durchmesser von einem Millimeter, winzigste Düsen, die nicht tropfen, Kapillaren, die Flüssigkeiten ohne Pumpe transportieren, Filter mit Poren, die so eng sind, dass einzelne Zellen darin hängen bleiben - solche exotisch erscheinenden Bauteile aus der Mikrotechnologie sind heute bereits Realität. Produziert werden sie beispielsweise von der microTEC Gesellschaft für Mikrotechnologie mbH in Duisburg und Bad Dürkheim. In dem 1996 gegründeten Unternehmen arbeiten 29 Mitarbeiter unter der Leitung von Andrea Reinhardt und Reiner Götzen an innovativen Lösungen für Kunden aus dem Medizin- und Gentechnikbereich und anderen Hightech-Branchen wie die Luft- und Raumfahrt.Das Angebot des Unternehmens reicht von der Idee über die Entwicklung von Prototypen bis zur Serienfertigung. Dabei genügt es, lediglich ein Anforderungsprofil abzugeben, aus dem die microTEC-Entwickler ein Produkt entwerfen. Eine komfortable Maske, in der sich CAD-Daten direkt abgeben und ein Angebot anfordern lassen, findet sich im Internet-Angebot des Unternehmens unter www.microtec-d.com.

Möglich machen dieses Angebot mehrere Fertigungstechnologien unter dem Kürzel RMPD (Rapid Micro Product Development), die an der Schnittstelle zwischen Rapid Prototyping-Technologien, etwa der Stereolithographie, und den in der Chipfertigungüblichen Belichtungsverfahren angesiedelt sind und die das Unternehmen patentiert hat. Sämtliche Verfahren arbeiten werkzeuglos und aufbauend, die Werkstücke entstehen aus flüssigen Rohmaterialien.

Das Verfahren RMPD-mask nutzt eine Maske, um den gesamten 2D-Schnitt in einem Durchgang zu belichten - im Unterschied zur Stereolithographie, wo ein beweglicher Laserstrahl den flüssigen Kunststoff aushärtet. Mit diesem Verfahren fertigt microTEC beispielsweise die Zahnräder für Getriebe von Mikromotoren mit einem Durchmesser der Wellenbohrung von lediglich 400 Mikrometer. Das Verfahren RMPD-stick2 nutzt Licht, um damit auf anderen Materialien direkt Strukturen entstehen zu lassen, beispielsweise auf Silizium oder Glas. Mit RMPD-multimat lassen sich Schichten aus unterschiedlichen Materialien kombinieren, und die Technologie RMPD-nanoface erlaubt es, Oberflächengüten im Nanometerbereich zu erzeugen.

Die Herstellung kompletter Mikrogeräte erfordert eine Kombination aller dieser Verfahren: Mit der Technik 3D-CSP (dreidimensionales Chip Size Packaging) ist es beispielsweise möglich, elektrische Verbindungen eines Mikrochips nicht durch Bonding, also das Anlöten eines Drahtes, sondern durch gezieltes Wachsenlassen einer Verbindung zu erstellen.

Angewandt wird das Verfahren unter anderem bei der Herstellung eines Blutdrucksensors an einer Blutpumpe, die direkt im Herzen des Patienten platziert wird. Mit diesem Verfahren lassen sich Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften nahtlos verbinden. Bei einer Mikrodüse aus dem Medizinbereich beispielsweise bewirkt die hydrophile Eigenschaft des Materials im Düsenkanal für einen einwandfreien Flüssigkeitsstrom, während die hydrophobe Oberfläche am Düsenauslaß verhindert, daß die Düse tropft. Selbst den Transport von Flüssigkeiten ohne den Einsatz einer Pumpe erlaubt das Prinzip von Abstoßung und Anziehung sowie der Kapillarwirkung. Genutzt wird das etwa bei dem Lab-on-a-Chip, einem Labor zum Nachweis von Chemikalien und biologischen Substanzen, das auf einem Mikrochip untergebracht ist.

Allen Fertigungstechnologien gemeinsam ist, dass sie ohne Werkzeug auskommen. Statt dessen wird das Werkstück mit Lichtstrahlen aus bis zu 250 verschiedenen flüssigen Grundwerkstoffen hergestellt, die unter UV-Licht aushärten. Verantwortlich für die Formgebung sind deshalb alleine die CAD-Daten, mit denen die Maschinen gesteuert werden, und entsprechend wichtig ist für das Unternehmen die effiziente Erstellung hochwertiger Daten. Neben der einfachen Benutzung sollte dieses CAD-System auch eine geeignete Schnittstellenausstattung mitbringen, da oft auf Kundendaten aufgebaut werden muss. Möglich sein sollten zudem die fotorealistische Darstellung, Animationen und Fluidik-Untersuchungen.

Bei microTEC dient für diese Zwecke seit der Gründung des Unternehmens die CAD-Lösung SolidWorks mit den Zusatzapplikationen PhotoWorks, Animator und FlowWorks. Für Firmengründerin Andrea Reinhardt ist auch wichtig, daß das System sich einfach und auch von Nichttechnikern erlernen lässt: Schließlich laufen die CAD-Daten bei uns durch alle Abteilungen, vom Einkauf über Entwicklung und Konstruktion bis zum Vertrieb und zur Qualitätssicherung. Für die Kommunikation mit Kunden im Ausland dienen spezielle Dateien, die aus SolidWorks exportiert werden und sich per E-Mail verschicken lassen. Mit einem passenden Viewer können die Kunden das 3D-Modell an ihrem Computer betrachten, drehen, schneiden und vermessen und erhalten so sehr einfach einen plastischen Eindruck der vorliegenden Geometrie.

Ein wichtiges Kommunikationsmittel sind auch photorealistische Bilder und Animationen der mikroskopischen Details. Diese ermöglichen dem Kunden, der ja oft lediglich eine Idee an microTEC gegeben hat, das Ergebnis der Entwicklung zu verstehen: Nur so lässt sich der Nutzen des Bauteils erklären, weiß Reinhardt.

Ein Beispiel hierfür ist der Flüssigkeitstransport durch hydrophiles und hydrophobes Material, bei dem die Flüssigkeit alleine durch physikalische Phänomene weitergefördert wird. Kunden, die ihr Produkt mehr oder weniger weit selbst entwickeln, bevor sie den weiteren Prozess an microTEC abgeben, können ihre CAD-Daten zudem meist problemlos in SolidWorks einlesen und weiterverarbeiten.

Ein weitere Stärke ist die einfache Bedienung der Software. Mit SolidWorks sind neue Mitarbeiter schnell produktiv, freut sich Andrea Reinhardt und berichtet: Wir besuchten zu Anfang eine Schulung bei unserem Händler, die jedoch eher auf den normalen Maschinenbau und dessen Konstruktionsstrategien ausgelegt war. Heute fassen wir immer einen erfahrenen Anwender und einen Neuling in einem Lernteam zusammen, sodass das Wissen direkt von einem Mitarbeiter zum anderen übertragen werden kann.

Der einfache Umgang mit dem Programm erlaubt es dem Unternehmen, sich auf seine Kernkompetenz zu konzentrieren, also auf die Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien und die Konstruktion innovativer Lösungen für die Kunden. Neue Mitarbeiter lassen sich zudem schnell einlernen - ein wichtiger Vorteil speziell für ein mittelständisches Unternehmen im Wachstum, das sich unproduktive Zeiten im Team nicht leisten kann. Andrea Reinhardt ist zufrieden: Wir empfehlen SolidWorks an unsere Kunden weiter, denn bessere Daten ergeben bei unseren Fertigungstechnologien direkt bessere Produkte.

Erschienen in Ausgabe: 01/2004