Normpartikel – Die nächste Generation in 3D

Matrix

Test- bzw. Normpartikel sind in den vergangenen Jahren in vielen Teilen der Technik unverzichtbar geworden. Ihr Anwendungsspektrum deckt beispielsweise die Validierung der Technischen Sauberkeit, Versuche zum Kurzschlussverhalten von Elektronikkomponenten oder das Verhalten partikulärer Verunreinigungen in fluidführenden Systemen ab. Bisher begrenzte sich die Klassifizierung der Partikel fertigungsbedingt ausschließlich auf deren Länge. Mit einem neu entwickelten Fertigungsverfahren können die Teilchen nun in allen drei Dimensionen spezifiziert werden und dies mit einer deutlich engeren Toleranz.

Das neue Fertigungsverfahren entstand im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekts über die Entwicklung und Erprobung einer Prüfmethodik (»fault injection testing«) für E/E-Systeme zur Absicherung der Ausfallwahrscheinlichkeit während der Produktentwicklungsphase. Ziel eines Teilprojekts war dabei ein Partikeltyp, der über die bisherige eindimensionale Charakterisierung hinweg in allen drei Dimensionen spezifiziert ist und dessen Fertigungstoleranz die bisherige Grenze von +/- 50 µm deutlich unterschreitet. In der zwei Jahre andauernden Entwicklungsphase gelang es den beiden für die Umsetzung dieser Teilaufgabe verantwortlichen Projektpartnern Spies Lasertechnik GmbH und BIDAG Technologies GmbH & Co. KG ein entsprechendes zweistufiges Verfahren zu generieren, mit dessen Hilfe die anfangs festgelegten Ziele noch deutlich übertroffen werden konnten.

In der ersten Stufe des Verfahrens werden die Teilchen in einer Matrix vorgeschnitten. Durch die matrizenartige Anordnung der Partikel während des Schneidprozesses erfolgt bereits in dieser Fertigungsphase eine erste Vorfraktionierung, die eine entsprechende Auswahl von Parametern bei den darauffolgenden Schritten ermöglicht. Die zweite Stufe umfasst die chemische Nachbearbeitung der Partikel und eine stückgenaue Fraktionierung. Im Zuge dieser Nachbearbeitung, werden die zuvor lasergeschnittenen Teilchen zunächst vereinzelt, danach auf die Zielabmessungen reduziert sowie abschließend chemisch gereinigt und poliert. Mit dieser Methode können Normpartikel erstmals in deren Länge, Breite und Höhe zielgenau hergestellt werden. Die Höhe der Partikel ist dabei in Abstufungen von 50 µm ab einer Mindesthöhe von 100 µm realisierbar. Die Partikellänge und Breite sind dagegen frei bestimmbar. Mit dem derzeitigen Entwicklungsstand sind die Partikel aus Aluminium, Edelstahl und Kupfer verfügbar. Weitere Materialien werden im Rahmen der Weiterentwicklung hinzukommen. Die während der Projektplanungsphase zum Ziel gesetzte Fertigungstoleranz von +/- 20 µm konnte bedingt durch die zweistufige Fertigung auf +/- 10 µm reduziert werden. Gegenüber den ursprünglichen Testpartikeln ermöglichen die so gestalteten Teilchen aufgrund ihrer dreidimensionalen Gestaltung und ihren engen Fertigungstoleranzen ein deutlich erweitertes Anwendungsspektrum. Dieses umfasst vor allem Tests in Bereichen, bei denen beispielsweise Abstände mikrometergenau überbrückt oder das Durchflussverhalten in engen Kanälen betrachtet werden und weitere Einflussfaktoren weitestgehend minimiert sein müssen. Die Erprobung des Kurzschlussverhaltens von Elektronikkomponenten sei an dieser Stelle als klassischen Beispiel dafür aufgeführt. Darüber hinaus ergeben sich eine Vielzahl weiterer Anwendungsmöglichkeiten in unterschiedlichsten Sektoren. Die Teilchen werden seit ihrem Erscheinen zu Beginn des Jahres bereits erfolgreich in Branchen wie der Automobilindustrie, der optischen Industrie oder der Medizintechnik eingesetzt. Da das neu entwickelte Fertigungsverfahren eine nahezu freie Dimensionierung der Partikel ermöglicht, empfiehlt es sich die Abmessungen und das Partikelmaterial vorab auf Grundlage des zukünftigen Einsatzgebietes der Teilchen mit den Experten der BIDAG Technologies GmbH & Co. KG, über die die 3D Teilchen seit Beginn des Jahres vermarktet werden, zu planen. Die hohe Nachfrage sowie zahlreiche positive Rückmeldungen von Anwendern im Feld, sprechen bereits für den Bedarf und das weite Einsatzgebiet der präzisen dreidimensionalen Normpartikel.