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Entwicklungsbörse Mikrotechnik


 

Erfolgsgeschichte

Dichtesensor: Schneller Transfer vom Prototyp zum Produkt mit dem MEMS Foundry Service

Wie ist der Mineralgehalt von Mineralwasser? Wann enthält Biogas genug Methan, um ins Erdgasnetz eingespeist werden zu können? Kleinste Änderungen der Dichte von Flüssigkeiten oder Gasen messen, ist wichtig für viele Anwendungen und das Kerngeschäft der TrueDyne Sensors AG in Reinach, Schweiz. Möglich wird dies durch einen MEMS-Chip, der zusammen mit Hahn-Schickard in Villingen-Schwenningen in kurzer Zeit entwickelt wurde und dort in Serie gebaut wird. Herzstück des Chips ist ein freistehender Siliziumkanal mit einem Querschnitt vom 160×200 µm (nur vier Mal dicker als ein menschliches Haar), der auf einem Glassubstrat sitzt. Durch Löcher im Glassockel strömt das Fluid in den Kanal, welcher über Plattenkondensatoren in Resonanzschwingung versetzt wird. Diese Resonanzschwingung wird ebenfalls über Plattenkondensatoren kapazitiv erfasst. Je nach Dichte und Viskosität des Fluides ändern sich die Resonanzfrequenz und die Güte des Kanals. Um die hochgenaue Messung von Umgebungseinflüssen zu entkoppeln, befindet sich der Kanal unter einem Siliziumdeckel, der ein Vakuum einschließt. Um solch einen komplexen Chip zu fertigen, sind insgesamt 4 Wafer und mehr als 100 Prozessschritte notwendig.

 

Aktuelle Verbundprojekte

Mit SmaC soll eine integrative und gleichzeitig erweiterbare Kooperationsbasis geschaffen werden, welche Firmen, Entwicklern, Dienstleistern und auch Endanwendern ermöglicht neue Ideen im Smart Home-Bereich und ähnlichen Geschäftsfeldern zu entwickeln, realisieren, evaluieren und letztendlich zu erleben.

Mit SmaC werden die folgenden Ziele verfolgt:

  • Kooperationen: Die SmaC-Plattform dient als Basis um Firmen die Möglichkeit zu geben technische Kooperationen und Integrationen in einer realitätsnahen, flexiblen Umgebung auszutesten. Geplant sind themenorientierte Hackathons zu veranstalten, in der gezielt neue Kooperationsideen entwickelt und umgesetzt werden.
  • Innovationen: SmaC steht für die Evaluation von neuen Ideen als realitätsnahes System mit vorhandener Basisinfrastruktur zur Verfügung. Die aktive Initiierung von Innovationen wird sowohl durch sogenannte Hackathons als auch explizite Open Innovation Workshops betrieben. Hierbei steht die realitätsnahe Umsetzung auf Basis der SmaC-Plattform immer im Zentrum.
  • Lern- und Lehrplattform: Neben der Nutzung als Kooperations- und Innovationsplattform für Firmen und Dienstleister kann und soll SmaC auch als Ausbildungsplattform für Auszubildende und Studenten dienen.
    Demonstration: Neben der Anwendung und Umsetzung neuer Ideen wird die SmaC-Plattform auch für Demonstrationszwecke eingesetzt.

Projektname: Transfer- und Innovationsplattform Smart Caravan (SmaC)
Fördergeber: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
Projektträger: Hahn-Schickard
Fördernummer: 31-4330.350/32
Kooperationspartner: MedicalMountains GmbH, Smart Home & Living BW e. V., Gewerbeschule Villingen-Schwenningen

Optisch-akustisches in-situ Monitoring des Lichtbogenauftragprozesses zur Erkennung und Lokalisierung von Anomalien während der additiven Fertigung von metallischen Bauteilen.

Der Lichtbogenauftragprozess (engl. Wire Arc Additive Manufacturing) ist ein richtungsunabhängiges, additives Fertigungsverfahren bei dem durch einen Kurzschluss zwischen einer Elektrode und dem Werkstück ein Lichtbogen entsteht. Durch die hohe Temperatur wird die Elektrode abgeschmolzen und auf das teilfertige Werkstück in Form einer Schweißnaht übertragen. Über die Wiederholung dieses Vorgangs wird schichtweise ein Bauteil generiert. Dieser Prozess hat einige Vorteile, ist aber vergleichsweise instabil. Durch die Instabilitäten entstehen Abweichungen in der Schweißnahtgeometrie und der Wärmeeinbringung, was über die stetige Wiederholung des Auftragprozesses zu Abweichungen im Soll-Ist-Vergleich und zum Ausschuss führt.

In LightSpark wird ein optisch-akustisches in-situ Monitoringsystem für den Lichtbogenauftragprozess entwickelt. Damit können Anomalien während der additiven Fertigung von metallischen Bauteilen erkannt und im Bauteil lokalisiert werden. Dadurch werden Produktionsfehler unmittelbar erkannt und können lokal korrigiert werden. Durch die Stabilisierung des Prozesses wird die kostengünstigere Herstellung von großen, additiv gefertigten metallischen Strukturen ermöglicht.

Nutzen für Sie

Mit Ihrer Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss können Sie direkt an den Forschungs-Ergebnissen teilhaben. Es besteht die Möglichkeit, die entwickelte Technologie im Rahmen von Feldtests bei Ihnen im Unternehmen zu testen und zu verifizieren. Die Projektergebnisse können somit in Ihre eigene Produktentwicklung einfließen. Darüber hinaus können Sie die Zielrichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beeinflussen und dazu beitragen, dass eine marktgerechte und industrieorientierte Entwicklung durchgeführt wird.

Projektname: In-situ Stabilisierung und Qualitätskontrolle des Lichtbogenauftragprozesses über intelligente, multisensorische Überwachung
Fördergeber: IGF
Projektträger: AiF
Kooperationspartner: Fraunhofer Institut für Additive Produktionstechnologien IAPT

Die Biokatalyse, insbesondere zellfreie Multi-Enzym-Kaskaden, verbessert viele chemische Synthesen. Dennoch gibt es Engpässe in den Kaskaden, die die Effizienz des Prozesses stark beeinflussen. ESMIP zielt darauf ab, die Kaskade durch Echtzeit-Analyse der Prozesse hinsichtlich Effizienz und Qualität mithilfe von KI zu optimieren.

Im Vorhaben ESMIP soll ein innovatives Verfahren zur Herstellung hochwertiger biobasierter Produkte erforscht und etabliert werden. Die Kombination verschiedener Komponenten aus den Feldern Elektrochemie, additiver Fertigung und Künstlicher Intelligenz mit der Funktionalität enzymatischer Katalyse, zielt auf die Entwicklung eines intelligenten Inline- Messsystems für Multienzymkaskaden ab. Das Projekt soll somit einen Beitrag zur effizienten Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen leisten.

Technologien / Forschungsgegenstand:

  • Elektrochemische Sensoren zum Inline-Monitoring
  • Elektrodenfunktionalisierung mit molekular geprägten Polymeren (MIPs)
  • Molekular geprägt Polymere zur Steuerung der Enzymkaskaden
  • Künstliche Intelligenz zur Optimierung von Simulationsmodellen für das Prozessmonitoring

Nutzen für Sie:

Mit Ihrer Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss können Sie direkt an den Forschungs-Ergebnissen teilhaben. Die Projektergebnisse können somit in Ihre eigene Produktentwicklung einfließen. Darüber hinaus können Sie die Zielrichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beeinflussen und dazu beitragen, dass eine marktgerechte und industrieorientierte Entwicklung durchgeführt wird.

Projektname: Elektrochemischer Sensor basierend auf molekular geprägten Polymeren für die intelligente Prozesskontrolle von Multi-Enzymkaskaden (ESMIP)
Fördergeber: IGF
Projektträger: AiF
Kooperationspartner: Technische Universität München (Lehrstuhl für Chemie biogener Rohstoffe), Universität Freiburg (IMTEK, Lehrstuhl für Anwendungsentwicklung)
Reifegrad: Funktionsmuster

Chargenschwankungen im Material haben einen wesentlichen Einfluss auf die Bauteilqualität beim Kunststoffspritzgießverfahren. Um diese Schwankungen gezielt erfassen zu können, hat Hahn-Schickard einen Prototyp eines Düsen-Viskosimeter entwickelt. In diesem Projekt soll diese Entwicklung bis zum industriellen Einsatz abgeschlossen werden.

Die kontinuierliche Verbesserung und Weiterentwicklung des Kunststoffspritzgießverfahrens ermöglicht eine immer zuverlässigere Regelung der Prozessparameter, wobei die Schwankungen der Materialeigenschaften immer noch eine große Herausforderung darstellen. Diese werden insbesondere durch folgende Faktoren verursacht:

  • Chargenschwankungen
  • Restfeuchtigkeitsschwankungen
  • Pastifiziereinstellungen

Schließlich wirkt sich ein instabiler Prozess negativ auf die Bauteilqualität aus und erhöht die Produktionskosten.

Ein signifikanter Parameter um den Zustand der Kunststoffschmelze zu bestimmen, ist die Viskosität der Schmelze in der Einspritzphase. In den letzten Jahren wurde bei Hahn-Schickard ein Düsen-Viskosimeter entwickelt, um für die Serienanwendungen die Schmelzeviskosität inline während des Einspritzvorgangs zu bestimmen. Basierend auf dem Schmelzezustand und weiteren Maschinenparametern können Prozessschwankungen kompensiert werden.

Das Projektziel

Das Projekt zielt auf die Weiterentwicklung des Düsen-Viskosimeters bis zur Produktreife. Die einzelnen Projektphasen beinhaltet die Implementierung von standardisierten Soft- und Hardwareschnittstellen für die Integration des Düsen-Viskosimeters in gängige Spritzgussmaschinen, Etablierung einer Materialdatenbankarchitektur, die Entwicklung einer bedienerfreundlichen Benutzeroberfläche und Datenvisualisierung. Den Kunststoffverarbeitern, Material- oder Anlagenherstellern bietet das Projekt die Möglichkeitbei der Entwicklung involviert zu sein und ihren technologische Vorsprung in der Branche auszubauen. In experimentellen Erprobungen können Sie den Düsen-Viskosimeter für Ihre Anwendung testen und den Mehrwert demonstrieren. Als Projektpartner können Sie als erste einen Düsen-Viskosimeter einsetzen, weitere relevante Prozessparameter erfassen und ihre Produktionskosten senken.

Möchten Sie Projektpartner werden?

Die Beteiligung an diesem Projekt basiert auf einem Crowdfunding-Modell. Dabei werden die Entwicklungskosten von mehreren Projektteilnehmern getragen. Jeder der Teilnehmer kann dabei – je nach Teilnahmeoptionen – ein funktionsfähiges Düsen-Viskosimeter mit dem zugehörigen Software-Paket erhalten.

Weitere Informationen zum Projekt und Beteiligungsmöglichkeiten finden Sie im Flyer. Für weitere Fragen steht Ihnen gerne Peter Wappler, Präzisions- und Kunststofftechnik zur Verfügung.

Fördergeber: Access2Innovation
Laufzeit: 01.04.2022 bis 31.12.2023

Organ-on-Chip-Systeme spielen eine wichtige Rolle, um Tierversuche für die Medikamentenentwicklung zu reduzieren und dabei eine Vielzahl an Parametern zu untersuchen. Mit diesem Projektvorhaben soll das automatisierte online Monitoring von Organ-on-a-Chip-Systemen mit elektrochemischen Sensoren erforscht werden.

Projektziel

Bisher kommen in Organ-on-Chip-Systemen vorwiegend optische Auswertemethoden zum Einsatz. Durch Integration elektrochemischer Sensoren können jedoch weitere Parameter erfasst und in Echtzeit ausgewertet werden. Inkjet-Druck erlaubt die einfache Realisierung flexibler Elektrodendesigns. Diese Voraussetzung ermöglicht perspektivisch die maßgeschneiderte Integration von Elektroden in unterschiedliche Organ-on-Chip-Systeme.

Technologien / Forschungsgegenstand:

  • Biokompatibilität der inkjet-gedruckten Elektroden
  • Integrations- und Anschlussfähigkeit an bestehende Organ-on-Chip-Systeme
  • 3D-Bioprinting von Nierenepithelkonstrukten
  • Viabilitätsuntersuchungen durch Laktatdehydrogenase-Monitoring
  • Einfluss der Porosität auf Selektivität und dynamischen Bereich der Laktatdehydrogenase-Messung

Nutzen für Sie

Mit Ihrer Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss können Sie direkt an den Forschungs-Ergebnissen teilhaben. Es besteht die Möglichkeit, die entwickelte Technologie im Rahmen von Feldtests bei Ihnen im Unternehmen zu testen und zu verifizieren. Die Projektergebnisse können somit in Ihre eigene Produktentwicklung einfließen. Darüber hinaus können Sie die Zielrichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beeinflussen und dazu beitragen, dass eine marktgerechte und industrieorientierte Entwicklung durchgeführt wird.

Projektname: Automatisierung von Organ-on-Chip-Systemen mittels 3D-Bioprinting und Biosensor-basiertem Online-Monitoring
Fördergeber: IGF
Projektträger: AiF
Kooperationspartner: Professur für Anwendungsentwicklung des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Reifegrad: Funktionsmuster

 

Sie haben Interesse, an einem der Projekte mitzuwirken?
Gerne stehen wir Ihnen zu Verfügung.


Kontakt

Simon Herrlich
Mikrotechnik
Telefon: +49 (0) 7721 / 943-332
herrlich@technologymountains.de

Simon Herrlich