mikrokonstruktion

Mikrokonstruktion bezeichnet die Planung, Gestaltung und Herstellung mechanischer Bauteile und Systeme im Mikrometerbereich, die typischerweise im Feld der Mikrosystemtechnik (MEMS), der Mikrooptik und der Mikropräzisionsmechanik angesiedelt sind. Im Mikroskala-Umfeld ergeben sich charakteristische Phänomene wie erhöhte Oberflächenkräfte und Galvanik- oder Haftprobleme, die andere Konstruktionsprinzipien erfordern als im Makrobereich.

Historisch entwickelte sich Mikrofertigung durch Fortschritte in der Halbleiterfertigung, Photolithografie, Ätzung und Abscheidung in den 1980er/1990er Jahren; diese Techniken ermöglichten die Integration mechanischer Bauteile mit Sensoren und Elektronik auf kleinstem Raum.

Wichtige Fertigungsverfahren umfassen Mikromachining, Lithografie-basierte Mikrofabrikation, chemische Gas- und physikalische Abscheidung (CVD, PVD), Epitaxie und Bonding. Materialien reichen von Silizium, Silizium-Nitrid, Keramiken bis zu Polymere. Typische Bauteile sind Klappen, Trägerelemente, Lager, Stäbe; 3D-Strukturierung erfolgt mittels Zweiphotonen-Polymerisation oder serieller Mikrofertigung.

Zentrale Designfaktoren betreffen Maßhaltigkeit, Steifigkeit, Reibung, Dämpfung, Wärmeableitung, Schutz gegen Staub und Flüssigkeiten, und Packaging. Skaleneffekte führen zu Herausforderungen wie Stiction, tribologischen Problemen und Zuverlässigkeit über lange Lebensdauern. Test- und Simulationswerkzeuge sind Multi-Physik-Analysen, Finite-Elemente-Modelle, und Zuverlässigkeitstests.

Anwendungsfelder reichen von Sensorik, Mikrosystemen, optischen Mikromodulen, Labor-on-a-Chip-Mikrofluidik bis zu medizinischen Mikroimplantaten und Mikroaktoren in der Robotik.

Die Entwicklung von Mikrokonstruktionen wird durch neue Fertigungstechniken wie 3D-Mikorfertigung, additive Mikroherstellung und Stapelmontage weitergetrieben und zielt auf größere Leistungsdichte, reduzierte Energieverbräuche und höhere Zuverlässigkeit.