Modulbeschreibung

Mikrotechnik I

ECTS-Punkte:
12
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.

Kurse in diesem Modul

Miniaturisierte technische Systeme:

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)
Klassenunterricht mit 3 Lektionen pro Woche
Werkstofftechnik:

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
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
Technische Mechanik:
  • 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
Klassenunterricht mit 3 Lektionen pro Woche
Mikrofluidik:

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
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Disclaimer

Diese Beschreibung ist rechtlich nicht verbindlich! Weitere Informationen finden Sie in der detaillierten Modulbeschreibung.