"µProductionTower" – Mikroproduktion in einer neuen Dimension

„µProductionTower“ nutzt die Raumhöhe. Seine Produktionsprozesse sind in übereinanderliegenden Ebenen angeordnet.

Die in der Mikrosystemtechnik häufig variierenden Stückzahlen und die große Produktvarianz erfordern angepasste Produktionssysteme, die sich durch eine hohe Flexibilität und Skalierbarkeit auszeichnen. Hinzu kommt immer mehr die Forderung nach definierten, reinen Umgebungsbedingungen während der Bearbeitung, bedingt durch die zunehmende Empfindlichkeit der Bauteile bzw. der Prozesse.

Heutige Produktionslösungen sehen meist eine lineare und starre Verkettung autarker Prozessmodule vor. Dabei weist jedes Modul seine eigene Positionier-, Mess- und gegebenenfalls Lüftungs- bzw. Reinraumtechnik auf. Mehrere separate Prozessschritte verbrauchen nicht nur viel Platz, sie sind auch teuer. Hinzu kommt bei einer geforderten hohen Bearbeitungspräzision, dass das Werkzeug in Bezug auf das Produkt aufwändig referenziert werden muss.

Im Rahmen seiner 50 Jahrfeier hat das Fraunhofer IPA µProductionTower, einen innovativen Systemansatz einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt (Bild 1). Die im Labor aufgebaute Demonstrationsanlage stieß bei Hersteller konventioneller Anlagentechnik und bei Produzenten als zukünftigen Anwendern auf reges Interesse (Bild 2). Das für die wirtschaftliche Produktion mikro- und nanotechnischer Produkte ausgelegte modulare Anlagenkonzept sieht die Einbindung der bisher meist ungenutzten Raumhöhe vor. Entgegen der konventionellen Linienanordnung sind die applikationsspezifischen Prozesse in übereinanderliegenden Ebenen an­geordnet. In den dort jeweils befindlichen Prozessmodulen können neben dem Prozesswerkzeug zusätzliche, der Verarbeitung vorgelagerte Bearbeitungsschritte integriert werden. Der Aufbau des Produkts findet im so genannten Produkt­modul statt, das vertikal in die Ebenen positionierbar ist. Es ist ausgestattet mit einer hochpräzisen Positioniereinheit, die prozessübergreifend einsetzbar ist und die jeweils für die Bearbeitung erforderliche Substrat- bzw. Produktbereitstellung vornimmt. Weiterhin verfügt das Produktmodul über eine Schnittstelle zur Aufnahme eines prozessspezifischen Werkzeugs wie z. B. Greifer, Dispenser etc. Die Übergabe des Werkzeugs erfolgt mit einem dort vorhandenen einfachen Zuführsystem aus dem jeweiligen Prozessmodul heraus. Weiterhin sind in das Produktmodul sensorische Elemente integriert, beispielsweise ein Mikroskop, das eine durchgängige Visualisierung zur Qualitätssicherung ermöglicht. Weitere in den Ebenen vorgesehene Module dienen der Aufnahme von Zuführtechnik für die zu verarbeitenden Bauteile und der jeweils erforderlichen Steuerungstechnik.

Wirtschaftliche Vorteile ergeben sich aus dem Aufbau von µProductionTower. Neben seinem reduzierten Stellflächenverbrauch ist µProductionTower von mehreren Seiten u. a. für Einrichtungs-, Wartungs- und Servicearbeiten zugängig. Hin­zu kommt die Möglichkeit, gegebenenfalls seitlich erforderliche Lüftungs- und Reinheitstechnik für eine prozessübergreifend definierte Produktionsumgebung zu adaptieren. Des Weiteren zeichnet sich das innovative Anlagenkonzept durch seine hohe Flexibilität aus, unterschiedliche applikationsspezifische Funktions­mo­dule zu integrieren, und durch seine mögliche Skalierbarkeit bis hin zur Tischfabrik.

µProductionTower eignet sich insbesondere für Applikationen mit wiederholenden Prozessschritten und erforderlicher definierter Produktionsumgebung sowie kleinen bis mittleren Stückzahlen. Das Anwendungsspektrum reicht von der Montage individueller mikro-/nanotechnischer Produkte wie Sensoren oder Implantate über die Prüfung von mikrotechnischen Baugruppen bis hin zur Analyse von Produkten aus dem Bereich Life Science.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. (FH) Dirk Schlenker
Telefon +49 711 970-1508 I E-Mail dirk.schlenker@ipa.fraunhofer.de