GELMESS

Bisher am Markt verfügbare Mattierungsmittel beziehen ihre mattierende Wirkung aus den enthaltenen Partikeln oder durch Kristallbildung. Mit der dadurch bedingten Schichtstruktur und Schichtdicke werden Mikrostrukturen und komplexe Mikrogeometrien überdeckt, was zu Messfehlern und somit zeitaufwendiger Nachbearbeitung der Messergebnisse führt. Beim Entschichten besteht außerdem die Gefahr, dass die empfindlichen Strukturen durch Abrasion geschädigt werden.

Das Ziel dieses Projekts war deshalb die Entwicklung ultradünner Messschichten, die in der Lage sind, die Mikrostrukturen und komplexen Mikrogeometrien detailgetreu und zuverlässig zu beschichten. Mit diesen neuen Messschichten sollten Oberflächen und Geometrien unabhängig von Reflexion und Ausrichtung fehlerfrei detektiert, digitalisiert und vermessen werden.

Die Entwicklung einer Messschicht mit folgenden Eigenschaften wurde angestrebt:

·        ohne Partikel und Kristallstrukturen,

·        ultradünne strukturlose Schicht auf Gelbasis,

·        Schichtdicke von < 5 µm,

·        diffuse Reflexion auf extrem glänzenden, semitransparenten, transparenten, transluzenten und absorbierenden Oberflächen,

·        Verringerung der Messabweichung in Maß und Form,

·        robustes Beschichtungsverhalten,

·        anwendbar bei < 50°C,

·        rückstandsloses Entschichten.

Weiterhin beinhalten die am Markt verfügbaren Mattierungsmittel schädliche Lösemittel und Treibgase. Durch den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen und unbedenklichen Lösemitteln sollte eine umweltfreundliche Beschichtungslösung entstehen.

Ein neu entwickeltes Mattierungsmittel auf Gelbasis kommt vollständig ohne Partikel und Kristallstrukturen aus.

Mit diesem Mattierungsmittel konnten ultradünne Messschichten ohne Eigenstrukturen erzeugt werden. Diese sind in der Lage, die messtechnisch notwendigen diffus reflektierenden Oberflächen zu generieren.

Der Schichtauftrag erfolgt durch Aufsprühen, nach kurzer Trocknungszeit entwickelt sich eine weiß-matte, homogene und geschlossene Schicht.  Mit einer Schichtdicke von < 3 µm können Mikrostrukturen, komplexe Mikrogeometrien, Kanten, steile Flanken, Bohrungen und Kavitäten zuverlässig beschichtet, detektiert und detailgetreu abgebildet werden.

Das Leistungsspektrum, besonders von triangulationsbasierten 3D-Messverfahren und 3D-Laserscanning-Verfahren, erhöht sich dadurch enorm.  Es können spiegelnde, transparente und semitransparente Oberflächen und Materialien nahezu fehlerfrei detektiert werden, bei transluzenten Oberflächen ist eine Verbesserung der Messfähigkeit festzustellen. Dadurch minimiert sich eine Nachbearbeitung oder entfällt vollständig.

Die sprühfähigen Gel-Messschichten basieren auf Gelbildnern aus nachwachsenden Rohstoffen, gelöst in umweltfreundlichen Lösemitteln. Der Auftrag erfolgt mit handelsüblichen Sprühpistolen (z. B. Airbrush) und Druckluft, dadurch entfällt schädliches Treibgas.

Es ist gelungen, die kristall- und partikelbasierten Messschichten durch ultradünne homogene und strukturlose Gelschichten zu ersetzen. Mit Schichtdicken und Rauheitswerten, die unter den angestrebten oberen Grenzwerten liegen, sind diese in der Lage, Mikrostrukturen und -geometrien detailgetreu und mit sehr geringer Messabweichung abzubilden. Kanten und steile Flanken können nahezu fehlerfrei digitalisiert und vermessen werden, bei Bohrungen ist zumindest eine Verbesserung zu verzeichnen.

Die entwickelte Gel-Lösung zeigt ein robustes Beschichtungsverhalten, ist rückstandslos entfernbar und bleibt auch nach längerer Lagerung (~ 6 Monate) stabil und setzt sich nicht ab. Bei Einhaltung der erarbeiteten Auftragsparameter ist eine Inline-Anwendung möglich.

Die Zielmärkte für die im FuE-Vorhaben entwickelten ultradünnen Gel-Messschichten sind die Mikrosystem-, Mikro- und Präzisionstechnik. Gegenstand dieser Märkte sind Funktionsbauteile mit Mikrostrukturen und -geometrien, Hochpräzisionsbauteile und die entsprechenden sensiblen Präzisionswerkzeuge zu deren Herstellung.

Weitere Einsatzbereiche sind die detailgetreue messtechnische Erfassung von Prototypen, Mikro-Baugruppen und Kleinserienteilen im Rahmen der Qualitätssicherung. Für die Digitalisierung wissenschaftlich und historisch wertvoller und sensibler Artefakte und Fundstücke zu Forschungs- und Dokumentationszwecken stellen die neuen Messschichten eine Erweiterung hinsichtlich Messbarkeit dar.

Durch die erreichten Eigenschaften der Gel-Messschichten (Schichtdicke, Schichtmorphologie, optische Messfähigkeit, Messabweichung, vollständige Entschichtbarkeit, chemische Inertheit und ökologische Verträglichkeit) eröffnen sich neue Möglichkeiten der optischen Detektion und somit Digitalisierung im Mikrobereich sowohl für Entwickler und Anbieter von Sensorik als auch für die Anwender der entsprechenden Mess- und Prüftechnik in produzierenden Unternehmen und Forschungsinstituten.

Mit den ultradünnen Gel-Messschichten lassen sich jetzt auch herausfordernde Messaufgaben an hoch spiegelnden und Licht einkoppelnden Mikrostruktur- und Präzisionsbauteilen zuverlässig lösen. Damit können die Einsatzmöglichkeiten der derzeit am Markt existierenden Messgeräte hinsichtlich des zu prüfenden großen Bauteilspektrums enorm erweitert werden.

Ein weiteres Feld der entwickelten Gel-Messschichten ist das Sichtbarmachen von Materialfehlern und -unregelmäßigkeiten (z. B. Schleifspuren, Risse), die bereits im Realbild gut erkennbar sind. Als Einsatzbereiche sind z. B. Produktentwicklung, Denkmalschutz oder Archäologie denkbar.

Zielgruppen und -märkte:

• Hersteller von Mikrosystem-, Mikro- und Präzisionstechnik,
• Forschung und Entwicklung,
• Hersteller von 3D-Messtechnik bzw. Anbieter von entsprechenden Messdienstleistungen,
• Qualitätssicherung und Fehlerdetektion.