Modulbeschreibung
Mikrotechnik I
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Punkte:
Arbeitsaufwand:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die verschiedenen Wärmetransportmechanismen und können einfache Wärmetransportprobleme lösen.
- können die Gesetze der Mechanik ruhender Flüssigkeiten auf praktische Probleme anwenden.
- können die verschiedenen Strömungstypen unterscheiden und die entsprechenden Gesetze korrekt anwenden.
- kennen die verschiedenen Prinzipien des Fluidtransportes in miniaturisierten Systemen (Mikrofluidik).
- verstehen die Effekte der Oberflächen und Grenzflächen für die Fluidik.
- kennen die verschiedenen Komponenten, aus denen mikrofluidische Systeme aufgebaut werden.
- kennen Beispiele für Mikrosysteme, Anwendungsfelder und Märkte der Mikrotechnik.
- können die Brücke zwischen Makro- und Mikrowelt schlagen und physikalische Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt interpretieren.
- kennen die Grenzen klassischer (subtraktiver) Bearbeitungsverfahren für die Mikrosystemtechnik.
- kennen die verschiedenen additiven Herstellverfahren wie 3D-Printing, Stereolithografie oder Selective Lasersintering.
- kennen ausgewählte Verfahren zur taktilen Vermessung kleinster Strukturen.
- kennen die Grundlagen der Elastostatik.
- können Dehnungen und Spannungen an statisch bestimmten und unbestimmten Stäben, Balken und Membranen bei Zug/Druck, Biegung und Torsion bestimmen.
- kennen Grundlagen der Dynamik.
- können Bewegungsgleichungen von Massenpunkten beschreiben.
- können korrekte Konstruktionszeichnungen erstellen.
- können das elastische und plastische Verhalten von Werkstoffen aus deren atomarem Aufbau und Mikrostruktur heraus erklären und auf dieser Basis einfache Berechnungen und Abschätzungen mechanischer Eigenschaften durchführen.
- können binäre Zustandsdiagramme lesen und daraus Schlüsse hinsichtlich Werkstoffeigenschaften (thermische Beständigkeit, Phasenbestand, bestimmte mechanische und chemische Eigenschaften) ziehen.
- können thermisch aktivierte Vorgänge (Diffusion, Rekristallisation) physikalisch und mathematisch beschreiben.
- kennen einige grundlegende Prozesse (Legieren, Diffundieren, Rekristallisieren, Wärmebehandlung, Sintern) zum Modifizieren von metallischen und keramischen Werkstoffen.
- können das physikalische Eigenschaftsprofil von Polymeren aus deren chemischer Struktur und Zusammensetzung abschätzen.
- kennen die wichtigsten Polymergruppen und deren Modifikation/Funktionalisierung durch Additive.
- kennen ausgewählte Messtechniken zur Charakterisierung dieser Werkstoffgruppe.
- kennen relevante Fertigungsverfahren.
- kennen die wesentlichen Haftmechanismen von Klebstoffen zur Kombination von Werkstoffen.
- kennen Einsatzgebiete für Polymere in der Mikrotechnik.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Vorausgesetzte Module:
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Ebenfalls vorausgesetzt sind die vier Module Mechanik & Werkstoffe / Chemie I, Mechanik & Werkstoffe / Chemie II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I sowie Elektrotechnik & Lineare Algebra II.
Anschlussmodule:
Modultyp:
ECTS-Punkte pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Werkstofftechnik, Technische Mechanik, Miniaturisierte technische Systeme sowie Mikrofluidik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterichtsphase wird im Kurs Technische Mechanik eine Prüfung geschrieben.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterichtsphase wird im Kurs Technische Mechanik eine Prüfung geschrieben (Gewicht je 8%).
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Werkstofftechnik (Gewicht 33%), Technische Mechanik (Gewicht 17%), Miniaturisierte technische Systeme (Gewicht 25%) sowie Mikrofluidik (Gewicht 17%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Miniaturisierte technische Systeme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen Beispiele für Mikrosysteme, Anwendungsfelder und Märkte der Mikrotechnik.
- können die Brücke zwischen Makro- und Mikrowelt schlagen und physikalische Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt interpretieren.
- kennen die Grenzen klassischer (subtraktiver) Bearbeitungsverfahren für die Mikrosystemtechnik.
- kennen die verschiedenen additiven Herstellverfahren wie 3D-Printing, Stereolithografie oder Selective Lasersintering.
- kennen ausgewählte Verfahren zur taktilen Vermessung kleinster Strukturen.
Plan und Lerninhalt:
Einführung in die Mikrotechnik
- Anwendungsgebiete / Märkte
- Begriffsdefinitionen / Begriffshierarchie
- MEMS Aspekte
Skalierung "Von Makro zu Mikro"
- Der Übergang von der Makrowelt in die Mikrowelt
- Skalieren von Länge, Oberfläche und Volumen
- Skalierungseffekte in der Fluidik
- Kraftskalierung / Kräfte in der Mikrowelt
- Bsp. Elektrostatik in der Mikroaktorik
Subtraktive Fertigungsverfahren der Mikrotechnik
- Spanende Mikrobearbeitung, auch mittels Ultraschall
- Mikrofunkenerosion
Additive Fertigungsverfahren der Mikrotechnik
- Stereolithographie
- 3D-Printing (u.a. Ink-Jet Verfahren)
Taktile Messverfahren der Mikrotechnik
- Mechanische Taster
- Das Atom-Kraft-Mikroskop (AFM)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Technische Mechanik, Werkstofftechnik sowie Mikrofluidik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung und Übungen
Bibliographie:
Folienskript
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Werkstofftechnik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Teil 1: Anorganische Werkstoffe:
Die Studierenden
- können das elastische und plastische Verhalten von Werkstoffen aus deren atomarem Aufbau und Mikrostruktur heraus erklären und auf dieser Basis einfache Berechnungen und Abschätzungen mechanischer Eigenschaften durchführen.
- können binäre Zustandsdiagramme lesen und daraus Schlüsse hinsichtlich Werkstoffeigenschaften (thermische Beständigkeit, Phasenbestand, bestimmte mechanische und chemische Eigenschaften) ziehen.
- können thermisch aktivierte Vorgänge (Diffusion, Rekristallisation) physikalisch und mathematisch beschreiben.
- kennen einige grundlegende Prozesse (Legieren, Diffundieren, Rekristallisieren, Wärmebehandlung, Sintern) zum Modifizieren von metallischen und keramischen Werkstoffen.
Teil 2: Polymere Werkstoffe:
Die Studierenden
- können das physikalische Eigenschaftsprofil von Polymeren aus deren chemischer Struktur und Zusammensetzung abschätzen.
- kennen die wichtigsten Polymergruppen und deren Modifikation/Funktionalisierung durch Additive.
- kennen ausgewählte Messtechniken zur Charakterisierung dieser Werkstoffgruppe.
- kennen relevante Fertigungsverfahren.
- kennen die wesentlichen Haftmechanismen von Klebstoffen zur Kombination von Werkstoffen.
- kennen Einsatzgebiete für Polymere in der Mikrotechnik.
Plan und Lerninhalt:
Teil 1: Anorganische Werkstoffe:
- Grundlagen zu Kristallgittern
- Mechanische Eigenschaften und ihre strukturellen Hintergründe (Gitterfehler, Härtungsmechanismen, Bruchvorgänge)
- Legierungsbildung und Zustandsdiagramme (Phasenregel, Hebelgesetz, Grundtypen binärer Phasendiagramme, Anwendungen)
- Verfahrenstechnik (Giessen & Wärmebehandlung am Beispiel der Eisenwerkstoffe)
- Thermisch aktivierte Vorgänge (Diffusion, Rekristallisation, Sintern)
Teil 2: Polymere Werkstoffe:
- Gruppen und Chemie der Polymerwerkstoffe: Thermoplaste, Elastomere, Duromere, Modifikation und Funktionalisieren mit Additiven
- Struktur-Eigenschafts-Beziehungen: thermische, mechanische, rheologische Eigenschaften, Permeation und Migration
- Messmethoden: mechanische Prüfung, Thermoanalyse, Molekülspektrometrie, Rheologie; inkl. Demonstrationen
- Verfahrenstechnik: Mischungsherstellung, Verarbeitung der Materialgruppen zu Bauteilen, Kombinieren von Werkstoffen (Kleben, Mehrschichtsysteme)
- Typische Anwendungen von Polymeren in der Mikrotechnik
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Miniaturisierte technische Systeme, Technische Mechanik sowie Mikrofluidik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
orlesung, Übungen, (betreutes) Selbststudium (praktische Arbeiten)
Bibliographie:
Eigene Skripte, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche:
- 2 Lektionen pro Woche anorganische Werkstoffe
- 2 Lektionen pro Woche polymere Werkstoffe
Technische Mechanik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen der Elastostatik.
- können Dehnungen und Spannungen an statisch bestimmten und unbestimmten Stäben, Balken und Membranen bei Zug/Druck, Biegung und Torsion bestimmen.
- kennen Grundlagen der Dynamik.
- können Bewegungsgleichungen von Massenpunkten beschreiben.
- können korrekte Konstruktionszeichnungen erstellen.
Plan und Lerninhalt:
- Zug / Druck Probleme
- Hookesches Gesetz
- Flächenmomente 2. Ordnung
- Satz von Steiner
- Biegung, statisch bestimmt und unbestimmt
- Differentialgleichung der Biegelinie
- Torsion dünnwandiger Querschnitte, Bredt’sche Formel
- Membranen-Berechnung
- Bewegungen von Massenpunkten
- CAD-Konstruktion
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Miniaturisierte technische Systeme, Werkstofftechnik sowie Mikrofluidik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Mikrofluidik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die verschiedenen Wärmetransportmechanismen und können einfache Wärmetransportprobleme lösen.
- können die Gesetze der Mechanik ruhender Flüssigkeiten auf praktische Probleme anwenden.
- können die verschiedenen Strömungstypen unterscheiden und die entsprechenden Gesetze korrekt anwenden.
- kennen die verschiedenen Prinzipien des Fluidtransportes in miniaturisierten Systemen (Mikrofluidik).
- verstehen die Effekte der Oberflächen und Grenzflächen für die Fluidik.
- kennen die verschiedenen Komponenten, aus denen mikrofluidische Systeme aufgebaut werden.
Plan und Lerninhalt:
Ruhende Flüssigkeiten:
- Druck
- statischer Auftrieb
- Verhalten von Flüssigkeiten an Grenzflächen, Oberflächenenergien, Kontaktwinkel, Kapillarkraft
Strömende Flüssigkeiten und Gase:
- stationäre Strömung
- Gleichung von Bernoulli; Viskosität
- Fluid in Bewegung, Reynolds, Hagen-Poiseuille, Flusswiderstand
- laminare und turbulente Strömung, dynamischer Auftrieb
- Kontinuitätsgesetz
Oberflächen und Grenzflächen:
- Elektrische Doppellage, Zeta-Potential
- Elektro-osmotischer Fluss (EOF)
Weitere Flussprinzipien mit Anwendungen
- Kapillarfluss mit passiven Ventilen, EOF-Anwendung
- Fluss durch Oberflächenwellen, durch Zentripetalkraft, durch Magnetfelder
- Tropfenfluss durch Elektrowetting
Standardkomponenten für die Mikrofluidik
- Kanäle, Pumpen, Ventile, Filter, Separierer
- Mischen von Fluiden
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Technische Mechanik, Werkstofftechnik sowie Miniaturisierte technische Systeme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Experimentalvorlesung
Unterrichtsgespräch
Selbststudium (Übungsaufgaben, Nachbereiten der Fachinhalte)
Bibliographie:
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan