GRK 2182: Teil A3 „Konstruktive Grundlagen für Nanofabrikationssysteme“

Prof. R. Theska
Prof. L. Zentner

Der Doktorand der zweiten Generation soll sich im Teilprojekt A3 neuen konstruktiven Grundlagen zur Realisierung von linearen Stellsystemen mit bisher nicht erreichbarer Auflösung im Pikometerbereich widmen. Damit sollen Voraussetzungen für die nächsten Generationen von Nanopositionier- und Fabrikationssystemen geschaffen werden. Der Lösungsansatz geht dabei vom Einsatz nachgiebiger Mechanismen in Kombination mit elektrostatischen Antriebssystemen aus. Um die sehr hohen Forderungen an die mechanischen und elektrischen Eigenschaften erfüllen zu können, soll die Realisierung in Form einer planaren, monolithischen Struktur erfolgen, die auf Siliziumbasis mikrotechnisch erzeugt wird. Hierdurch wird eine spiel- und reibungsfreie Funktionsweise mit höchster Wiederholgenauigkeit erreicht. Eine erfolgreiche und zielführende Anwendung nachgiebiger Mechanismen setzt das Verstehen und das Vorhersagen ihres Verhaltens voraus. Dafür ist es notwendig das statische und das dynamische Verhalten nachgiebiger Mechanismen modellbasiert zu beschreiben. Eine möglichst genaue als auch schnelle zustandsorientierte Verhaltensprognose ist für die Regelung von größter Bedeutung. Die Grundlagen werden durch die Entwicklung und Anwendung neuer, vorzugsweise modellbasierter analytischer aber auch numerischer und experimenteller Methoden erzielt.

In einem ersten Schritt sollen geeignete Strukturvarianten von Mechanismen und Antriebskonzepten modelliert und konzipiert werden. In einem zweiten Schritt soll ein Variantenvergleich erfolgen, aus der eine Vorzugsvariante hervorgeht. In Schritt drei soll das ausgewählte Stellsystem modelbasiert weiter optimiert und dann konstruiert werden. Dabei soll von einer Fertigung auf Basis siliziumbasierten MEMS ausgegangen werden. Hierbei sind insbesondere das kinematische Verhalten, die Stellwege, Federsteifigkeiten und die Querempfindlichkeiten zu optimieren, ferner ist auch eine Unsicherheitsanalyse vorzunehmen. In weiteren Schritten erfolgt die Fertigung des Stellsystems und die Konzipierung eines geeigneten Messaufbaus. Abschließend erfolgen messtechnische, quantitative Untersuchungen zur Verifizierung der angestrebten Parameter und Eigenschaften. Darauf aufbauend werden Ansätze zur weiteren Optimierung konzipiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in Designrichtlinien überführt werden, um den Wirkungsgrad der methodischen Herangehensweise in nachfolgenden Arbeiten zu erhöhen.

TU Ilmenau - FG Nachgiebige Systeme
TU Ilmenau - Institut für Prozessmess- und Sensortechnik
TU Ilmenau - FG Feinwerktechnik
TU Ilmenau - FG Mikro- und nanoelektronische Systeme
TU Ilmenau - FG Mikromechanische Systeme
TU Ilmenau - FG Regelungstechnik
TU Ilmenau - FG Technische Optik

(... zum Graduiertenkolleg NanoFab)

01.04.2017 – ...

DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft; Projekt: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/274711337
DFG-Geschäftszeichen: GRK 2182/2 - 2021