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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

Aktuell besteht ein stark wachsendes Interesse, Informationen auf rotierenden Objekten, beispielsweise an Komponenten im Antriebsstrang, zu erfassen und drahtlos an ein Gateway zu übertragen. Die Realisierung einer wartungsfreien Energieversorgung stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar.

Die vierte industrielle Revolution geht mit einer stetig wachsenden Nachfrage an Systemen zur Zustands- und Prozessüberwachung im Bereich Werkzeuge, Maschinen und Produktionsanlagen einher. Dabei zielen die Anforderungen oft auf nachrüstbare, wartungsfreie und von der Infrastruktur unabhängige Sensorsysteme ab. Aktuell besteht ein stark wachsendes Interesse, Informationen auf rotierenden Objekten, beispielsweise an Komponenten im Antriebsstrang, zu erfassen und drahtlos an ein Gateway zu übertragen. Die Realisierung einer wartungsfreien Energieversorgung stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar. Gegenwärtig existieren keine industrietauglichen Lösungen, um elektr. Energie auf rotierenden Bauteilen bereitzustellen.

Projektziel

Ziel des Projektvorhabens „ENAROB“ ist die Untersuchung und Bewertung von Lösungsansätzen zur Realisierung einer unabhängigen und skalierbaren Energieversorgung für horizontal gelagerte Bauteile auf Basis von Energy Harvesting ohne strukturelle Referenz. Die Tauglichkeit und Leistungsfähigkeit der Lösungsansätze werden anhand definierter Use-cases bewertet.

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.

Das zu entwickelnde Lab-on-a-Chip-System soll die Überwachung von Obstanlagen unterstützen. Mittels Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP) können Pathogene, die für schnell ausbreitende Infektionen verantwortlich sind, direkt auf der Plantage schnell und hochsensitiv nachgewiesen werden.

In der Baumschul- und Obstbauwirtschaft kommt es jährlich zu hohen Ausfällen durch den Befall der Obstpflanzen mit Phytoplasmen, Viren und Bakterien. Durch sich schnell ausbreitende Infektionen nach dem Einschleppen des Pathogens sind ganze Bestände gefährdet, wenn der Erreger nicht umgehend detektiert wird und keine Quarantäne-Maßnahmen eingeleitet werden. Damit ergibt sich ein Bedarf an einfach zu handhabender, hochsensitiver und spezifischer Pathogendiagnostik bei der Erzeugung und dem Handel von pflanzlichem Vermehrungsmaterial und bei der Überwachung von Obstanlagen. Das im beantragten Vorhaben zu realisierende iRotation-System wird ein auf den Bedarf der Vor-Ort-Qualitätskontrolle bei Obstgehölzen angepasstes Werkzeug mit folgenden Alleinstellungsmerkmalen zur Verfügung stellen:

  • Schnelle und robuste Pathogenidentifikation mittels Loop-Mediated Isothermal Amplification (LAMP)
  • Vor Ort einsetzbar durch die Anwendung zentrifugaler Mikrofluidik
  • Automatisierter Ablauf der Analyse mit Vorlagerung der benötigten Reagenzien und einfacher integrierter mechanischer Lyse mithilfe eines Probeeingabemoduls
  • Kostengünstige Herstellung der Kartusche mittels Spritzgusstechnologie
  • Anpassung einer universellen Kartusche auf den Bedarf des Nutzers durch die Kombination mit der Mediator-Displacement-Technologie
  • Verbesserte Werterhaltung der Produktionsflächen
  • Ressourcenschonendes Konzept der iRotation-Kartusche aus homogenem Material
Projektname: Schneller, automatisierter und günstiger molekularer Nachweis von Pflanzenpathogenen auf einem mikrozentrifugalen Lab-on-a-Chip-System (iRotation)
Fördergeber: BMBF
Laufzeit: 01.02.2020 bis 31.01.2023
Kooperationspartner: MAST Diagnostica, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Albert-Ludwig-Universität Freiburg, Kaiser Ingenieurbüro GmbH, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt

„Ziel dieser Bekanntmachung ist es, die Leistungsfähigkeit und Funktionalität von Maschinen und Fertigungshilfsmitteln der Fertigungstechnik durch den verstärkten Einsatz der KI, z. B. durch das maschinelle Lernen, zu erhöhen.

Die Potenziale der KI im Fertigungseinsatz sollen aufgezeigt und beschleunigt erschlossen werden. Hierzu sollen Methoden und Werkzeugen der KI entwickelt oder weiterentwickelt sowie Lösungen beispielhaft implementiert und prototypisch unter realitätsnahen Bedingungen an und in Maschinen und Fertigungshilfsmitteln erprobt werden.

Die Ergebnisse der geförderten Vorhaben sollen zu einer (und/oder):

  • signifikanten Vereinfachung und verbesserten Transparenz sowohl der Maschinenbedienung und -nutzung als auch der Verfahrensführung,
  • Weiterentwicklung und Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion,
  • erhöhten Produktivität der Fertigungsverfahren,
  • Verkürzung von Anlaufzeiten,
  • Verbesserung der Sicherheit und Stabilität von Fertigungsverfahren,
  • Erhöhung der Produktqualität,
  • verbesserten Maschinen- und Verfahrenszuverlässigkeit und
  • Verbesserung der Ressourceneffizienz

führen.“

Zitiert aus https://www.bmbf.de/foerderungen/bekanntmachung-2665.html.

Aktuell suchen wir Unternehmen, welche im Rahmen der Ausschreibung, gemeinsam mit uns, ein Projektantrag entwickeln und einreichen möchten.

Ihre Vorteile:

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  • Bringen Sie Ihre Ideen ein
  • Steuern Sie das Projekt aus Ihrer Praxissicht

Auf Anfrage erhalten Sie weitere Informationen zum geplanten Projekt.

Ziel des Projektes “Hybrider 3D-Druck” ist es, ein Funktionsmuster eines kostengünstigen 3D-Multimaterialdruckers zu entwickeln, indem ein klassischer Filament-Extruder mit einem Metalldruckkopf für den direkten Druck von Metallen (StarJet-Verfahren) in einen Open-Source-3D-Drucker integriert wird.

Additive Fertigungsverfahren wie der so genannte 3D-Druck sind vielversprechende Fertigungstechnik und könnten die nächste Stufe der industriellen Revolution sein. Derzeit beschränkt sich die Technologie auf die Herstellung mechani-scher Bauteile. Durch den Direktdruck von 3D-Objekten mit elektrischen Funktionalitäten könnten zukünftig vielfältige neue Anwendungen in der Industrie ermöglich werden. Mit dieser neuartigen hybriden 3D-Druckplattform können mechanische Modelle und darin integrierte leitfähigen 3D-Strukturen gleichzeitig nach digitalen Vorlagen hergestellt werden. So können smarte elektrische Funktionalitäten direkt in 3D-Objekte eingebettet werden.

Die StarJet-Technologie bietet im Vergleich zu anderen funktionalen Drucktechniken Vorteile durch günstige Metalllegierungen, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einfachen Druck von 3D-Strukturen. Darüber hinaus ist das über StarJet gedruckte geschmolzene Lot sehr gut mit polymeren Substraten wie PET-Folien und 3D-geruckten Polymeren kompatibel. Nach dem Auftragen zeigen die gedruckten Strukturen eine hohe Flexibilität, einen geringen elektrischen Widerstand sowie eine hohe mechanische Stabilität. Die hybride Druckplattform hat somit ein hohes Potenzial für das Prototyping von 3D-MID Bauteilen, 3D-Elektronik und elektrisch funktionalen 3D-Objekten.

Im Rahmen des Projektes, das zur Förderung bei der AiF eingereicht wird, soll ein Multi-Material-3D-Drucker mit FDM-Extrusion und direktem Drop-on-Demand-Metall-Druck mittels StarJet aufgebaut und die Prozessparameter bzw. Materialinteraktion untersucht werden, mit dem Ziel Prototypen elektrisch funk-tionaler 3D-Objekte direkt zu drucken. Dies ermöglicht z.B. Anwendungen wie eingebettete Widerstandsheizungen, RFID-Antennen, 3D-Spulen auf Leiterplatten, etc.

Innovation

  • Hybrider Multi-Material 3D-Druck durch Kombination von Extrusion und direktem Metall-Druck.
  • Direkte Integration von leitfähigen elektrischen Strukturen beim 3D-Druck (ohne Pasten/Reflow)
  • Kompatibel mit Open-Source Hard- und Software aus dem konventionellen 3D-Druck

Ihre Vorteile im projektbegleitenden Ausschuss:

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  •  Steuern Sie das Projekt aus Ihrer Praxissicht

Auf Anfrage erhalten Sie weitere Informationen zum geplanten Projekt.

it 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.

Im Rahmen eines AiF-Projektes soll eine neue Sensorik für weitgehend universell einsetzbare, kostengünstige und intelligente Schrauben entwickelt werden.

Im Zuge eines neuen Messprinzips wird hierbei eine barometrische Druckmessung mit hoher Empfindlichkeit auf Basis integrierter mikrotechnischer Low-Cost Sensoren eingesetzt. Dies erfordert nur minimale Änderungen der Schraubengeometrie und gewährleistet die grundlegende mechanische Funktionstüchtigkeit bei gleichzeitig integrierter Messung der Vorspannkraft und Temperatur.
Ziel des Vorhabens sind die Verifikation des Messprinzips, die detaillierte Ermittlung der Einsatzmöglichkeiten und –grenzen, sowie die Bereitstellung von Demonstratoren und Design-Richtlinien für den optimalen Systementwurf.

Wir suchen Sie als Partner im projektbegleitenden Ausschuss:

Für die fachliche Begleitung des Projekts werden branchenübergreifend Firmen für den projektbegleitenden Ausschuss gesucht, die die Anforderungen an Demonstratoren für den späteren Einsatz industriellen Umgebungen mitgestalten wollen und – falls möglich – Tests zur Verifikation des Messprinzips und Abgrenzung der Einsatzbereiche durchführen können, bzw. Geräte hierzu zur Verfügung stellen.

Ihre Vorteile im projektbegleitenden Ausschuss:

  • Bringen Sie Ihre Ideen und Anforderungen mit ein
  • Greifen Sie auf die Projektergebnisse zu
  • Nutzen Sie die Möglichkeit zum Test von Demonstratoren in Ihren eigenen Anwendungen

Ziel des geplanten Projekts ist die Erlangung eines tieferen Prozessverständnisses des reaktiven Fügens, insbesondere hinsichtlich der dynamischen Aspekte. Durch eine möglichst exakte Modellierung unter Einsatz moderner numerischer Simulationstools sollen die räumliche und zeitliche Wärme- und Spannungsverteilung sowohl innerhalb der Fügezone als auch im angrenzenden Bauteil ermittelt werden, um die optimalen Material- und Prozessparameter beim reaktiven Fügen ohne vorherige, aufwändige Versuchsreihen zu finden.Zusätzlich sollen der Zündvorgang und der Reaktionsverlauf genauer untersucht werden.

Im Rahmen des Projekts werden geeignete reaktive Multischichtsysteme (RMS) auf der Basis von Ni/Al, Zr/Al und Zr/Si entwickelt und für Versuche an Testsubstraten bereitgestellt. Nach dem Fügeprozess werden die Fügeverbindungen und die Fügepartner analysiert. Ein Vergleich der Ergebnisse mit der Simulation dient der Rückkopplung auf die Eingangsdaten der Modellierung. Bei erfolgreicher Verifizierung der Simulationsergebnisse werden ausgewählte Demonstratoren erstellt. Abschließend werden die gesammelten Erkenntnisse in einem Prozesshandbuch zusammengefasst.

Wir suchen Sie als Partner im projektbegleitenden Ausschuss:

Für die fachliche Begleitung des Projekts werden Firmen für den projektbegleitenden Ausschuss gesucht, die einerseits die Rahmenbedingungen mitgestalten können und andererseits – falls möglich – Geräte zur Verfügung stellen oder eine Auswahl der o.g. Alterungstests durchführen können.

Ihre Vorteile im projektbegleitenden Ausschuss:

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  • Bringen Sie Ihre Ideen ein
  • Steuern Sie das Projekt aus Ihrer Praxissicht

Voraussichtliche Projektlaufzeit: Q2 2019 – Q3 2021

An den Forschungsinstituten CiSFraunhofer IWS und Hahn-Schickard arbeiten wir schon seit einigen Jahren erfolgreich an der Herstellung und Anwendung von reaktiven Multischichtsystemen (RMS). Neben dem Ni/Al-RMS als Standardsystem zum reaktiven Fügen wird das neuartige Zr/Si-RMS als interessante Alternative angesehen. Gegenüber dem Ni/Al-Standard bietet das Zr/Si-System einige Vorteile, wie höheren Energiegehalt, was dünnere Schichten und den Einsatz von Hartloten ermöglicht, sowie weniger Rissbildung, was neue Anwendungen in der Mikrosystemtechnik ermöglichen wird.

Im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) der AiF möchten wir die reaktive Bondtechnologie auf Basis der Zr/Si-Systeme optimieren und für den Einsatz in der Mikrosystemtechnik vorbereiten. Für dieses Projekt suchen wir Firmen, die das Projekt begleiten, indem sie an regelmäßig stattfindenden Projektsitzungen teilnehmen und/oder das Projekt durch Bereitstellung von Versuchsmaterial oder Dienstleistung unterstützen.


Ihre Vorteile im projektbegleitenden Ausschuss:

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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