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Elektrothermische Mikropositionierplattform für Lasertargets mit zwei Freiheitsgraden zur Einmalverwendung im Vakuum

Nakic, Christian :
Elektrothermische Mikropositionierplattform für Lasertargets mit zwei Freiheitsgraden zur Einmalverwendung im Vakuum.
TU Darmstadt Institut EMK FG M+EMS
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2013)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zur Erforschung von Materiezuständen hoher Energiedichte müssen Materialproben (Laser-Targets) in sogenannten Pump-Probe-Experimenten im Vakuum bei 0,001 Pascal gegenüber dem Fokus von Hochintensitätslasern auf wenige Mikrometer genau positioniert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt für diese Anwendung die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung eines neuartigen Positioniersystems mit polymeren elektrothermischen Aktoren. Die entwickelte Mikro-Positionierplattform ist über eine Parallelkinematik aus 2 Pseudobimorphgetrieben in der Lage, Targets mit 2 translatorischen Freiheitsgraden zu bewegen. Eine mikrocontrollergesteuerte Elektronik ermöglicht als Echtzeitsystem eine Widerstandsregelung der Heizelemente zur Positionserhaltung im ausgelenkten Zustand. Im Rahmen der Arbeit werden polymere Materialien und massentaugliche Fertigungstechnologien, wie das Pressen, Mikrofräsen, Laserschneiden, Formteilätzen sowie UV-Lithographie, zum Aufbau des Verformungskörpers untersucht. Für die UV-Lithographie von SUEX (Trockenlaminatvariante des Photoresists SU-8) und das Mikrofräsen des Kunststoffs Polyetheretherketon (PEEK) werden Fertigungskonzepte ausgearbeitet und umgesetzt. Die Heizelemente aus gesputtertem Aluminium werden auf 500 Mikrometer hoher Topologie durch Sprühbelacken und nasschemisches Ätzen erzeugt. Ein Plasmaveraschungsprozess ermöglicht das Entfernen von Graten an gefrästen Mikrostrukturen. Zum Entwurf werden die Wärmetransportmechanismen im Vakuum untersucht. Ein quantitativer Vergleich zeigt, dass die Wärmeleitung und die Konvektion der Luft unterhalb eines Drucks von 0,1 Pascal vernachlässigt werden können. Die Geometrie der Mikro-Positionierplattform wird durch numerische thermomechanische Finite-Elemente- Rechnungen in ANSYS optimiert, sodass Auslenkungen von über 100 Mikrometer in beiden Richtungen von der Ruhelage erzeugbar sind. Die hergestellten Funktionsmuster mit Abmessungen von 25 mm x 33 mm x 0,5 mm ermöglichen im Vakuum Auslenkungen von bis zu 177,1 Mikrometer für SUEX und bis zu 120,5 Mikrometer für PEEK bei einer elektrischen Steuerleistung von 54,8 mW.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2013
Autor(en): Nakic, Christian
Titel: Elektrothermische Mikropositionierplattform für Lasertargets mit zwei Freiheitsgraden zur Einmalverwendung im Vakuum
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zur Erforschung von Materiezuständen hoher Energiedichte müssen Materialproben (Laser-Targets) in sogenannten Pump-Probe-Experimenten im Vakuum bei 0,001 Pascal gegenüber dem Fokus von Hochintensitätslasern auf wenige Mikrometer genau positioniert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt für diese Anwendung die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung eines neuartigen Positioniersystems mit polymeren elektrothermischen Aktoren. Die entwickelte Mikro-Positionierplattform ist über eine Parallelkinematik aus 2 Pseudobimorphgetrieben in der Lage, Targets mit 2 translatorischen Freiheitsgraden zu bewegen. Eine mikrocontrollergesteuerte Elektronik ermöglicht als Echtzeitsystem eine Widerstandsregelung der Heizelemente zur Positionserhaltung im ausgelenkten Zustand. Im Rahmen der Arbeit werden polymere Materialien und massentaugliche Fertigungstechnologien, wie das Pressen, Mikrofräsen, Laserschneiden, Formteilätzen sowie UV-Lithographie, zum Aufbau des Verformungskörpers untersucht. Für die UV-Lithographie von SUEX (Trockenlaminatvariante des Photoresists SU-8) und das Mikrofräsen des Kunststoffs Polyetheretherketon (PEEK) werden Fertigungskonzepte ausgearbeitet und umgesetzt. Die Heizelemente aus gesputtertem Aluminium werden auf 500 Mikrometer hoher Topologie durch Sprühbelacken und nasschemisches Ätzen erzeugt. Ein Plasmaveraschungsprozess ermöglicht das Entfernen von Graten an gefrästen Mikrostrukturen. Zum Entwurf werden die Wärmetransportmechanismen im Vakuum untersucht. Ein quantitativer Vergleich zeigt, dass die Wärmeleitung und die Konvektion der Luft unterhalb eines Drucks von 0,1 Pascal vernachlässigt werden können. Die Geometrie der Mikro-Positionierplattform wird durch numerische thermomechanische Finite-Elemente- Rechnungen in ANSYS optimiert, sodass Auslenkungen von über 100 Mikrometer in beiden Richtungen von der Ruhelage erzeugbar sind. Die hergestellten Funktionsmuster mit Abmessungen von 25 mm x 33 mm x 0,5 mm ermöglichen im Vakuum Auslenkungen von bis zu 177,1 Mikrometer für SUEX und bis zu 120,5 Mikrometer für PEEK bei einer elektrischen Steuerleistung von 54,8 mW.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Positionierung µm-Bereich Mikrozerspanung Aktor elektrothermisch SU-8 Herstellung Mikroaktoren
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 04 Feb 2014 10:00
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKD 1829

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 27-05-2013

Ende Datum: 26-11-2013

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1829
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof Helmut F.
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