Projekt NanoFab
Das IMMS arbeitet an Lösungen für ein hochdynamisches Antriebssystem zur mehrachsigen Bearbeitung von Objekten mit Nanometer-Präzision.
In dem von der DFG geförderten NanoFab-Graduiertenkolleg 2182 arbeiten Doktoranden an Lösungen für die spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in erweiterten makroskopischen Arbeitsbereichen. Betreut werden sie von Professoren und wissenschaftlichen Mitarbeitern der Technischen Universität Ilmenau und des IMMS unter der Leitung des Instituts für Prozessmess- und Sensortechnik der Fakultät Maschinenbau.
Nanofertigungsprozesse – bislang nicht für große Objekte und noch ohne Fehlerkorrektur
Durch das Graduiertenkolleg NanoFab werden Fertigungstechnologien untersucht, mit denen sich künftig makroskopische Objekte in größer werdenden Bearbeitungsbereichen von mehreren hundert Millimetern mit Nanometer-Präzision herstellen lassen sollen. Zwar kann man bereits mit Nanofabrikationsmethoden unter 10 Nanometer strukturieren – allerdings nur in kleinen Bearbeitungsbereichen von einigen 100 Quadratmikrometern, bei geringer Geschwindigkeit und mit begrenzter Genauigkeit.
Das NanoFab-Graduiertenkolleg stellt sich der besonderen Herausforderung des Nanofertigungsprozesses: während dieser läuft, ist im Gegensatz zu reinen Messungen im Nanobereich eine Fehlerkorrektur bislang nicht möglich. Kommt es in der Nanoproduktion zu statischen oder dynamischen Positionsabweichungen, verursachen diese u.a. Geometriefehler, Formabweichungen oder Rauheit in den hergestellten Strukturen oder Objekten, die man erst im Nachhinein feststellen kann.
Um im großen Maßstab nanometergenau und mit Fehlerkorrekturen Freiformen in 3D fertigen zu können, widmen sich die Beteiligten des NanoFab-Graduiertenkollegs in sechs Teilprojekten verschiedenen methoden- und objektorientierten Themenfeldern auf Ebenen zu Theorie und Metrologie, zu Tools und Parallelisierung sowie zu Kinematik und Steuerungen u.a. zu den Themen Lithographie, optische Mikrosysteme, Echtzeitsteuerung und mehrdimensionale Kraftpositionskontrolle.
IMMS erarbeitet Antriebe für die hochdynamische Nanofertigung
Das IMMS arbeitet an Lösungen für ein Antriebssystem, das mehrachsige Bearbeitungen von Objekten mit Nanometer-Präzision ermöglichen soll. Dazu muss eine Bewegung mit extrem hoher Gleichmäßigkeit und Glätte realisiert werden – und zwar auf jenen komplexen räumlichen Wegstrecken, die jeweils durch die zu fertigenden Objektgeometrien vorgegeben sind.
Um hohe Geschwindigkeiten bei der Bearbeitung zu erreichen, muss das Antriebssystem mit Aktoren, Führungen, Sensoren, Verstärkern und Steuerung in der Lage sein, die Sollwerte mit minimalen Bahnabweichungen hochdynamisch auszuführen. Das bedeutet, dass für eine mehrachsige Nanofertigung in großen Bearbeitungsbereichen Antriebssysteme mit höchster Reproduzierbarkeit und höchstem Gleichlauf entwickelt werden müssen. Neben einer 3D-Positionierung von Objekten müssen dazu weitere Bewegungsgrade ermöglicht werden und Aktorik und Sensorik in die Antriebsstruktur sowie in die Steuerung integriert werden.
Im Fokus stehen hierbei höchste Synchronität des Bewegungssystems, Temperaturkonstanz, minimale Antriebs- und Störkräfte und minimale Verlustleistung. Eine hohe Antriebs- und Positionierdynamik, die an die Fahraufgabe angepasst werden kann und dabei Konsequenzen für den Antrieb, die Steuerung sowie das messtechnische Gesamtkonzept berücksichtigt, ist für die Auslegung neuartiger Antriebe für die Nanofertigung wesentlich.
Akronym / Name:
NanoFab / Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in ausgedehnten makroskopischen ArbeitsbereichenLaufzeit:2017 – 2026
Projekt-Webseite:Graduiertenkolleg
Anwendung:
Forschungseinrichtungen und Ultra-Präzisionsmaschinenbau|Präzisionsbearbeitung von Freiformflächen z.B. Präzisionsoptiken| Fertigung von AsphärenForschungsfeld:Magnetische 6D-Direktantriebe mit nm-Präzision
Zugehörige Inhalte
Robust Adaptive Tracking Control for Highly Dynamic Nanoprecision Motion Systems
Alex S. Huaman1. Johann Reger2.60th Ilmenau Scientific Colloquium, Technische Universität Ilmenau, 4 – 8 September 2023, doi.org/10.22032/dbt.57069
1IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. 2Control Engineering Group, Technische Universität Ilmenau, 98693 Ilmenau, Germany.Tip-based nanofabrication below 40 nm combined with a nanopositioning machine with a movement range of Ø100 mm
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1Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Production and Precision Measurement Technology Group, Technische Universität Ilmenau, Gustav-Kirchhoff-Straße 1, Ilmenau 98693, Thuringia, Germany. 2Institute of Micro- and Nanotechnologies, Microsystems Technology Group, Technische Universität Ilmenau, Max-Planck-Ring 12, Ilmenau 98693, Thuringia, Germany. 3SIOS Meßtechnik GmbH, Am Vogelherd 46, Ilmenau 98693, Thuringia, Germany. 4IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. 5nano analytik GmbH, Ehrenbergstraße 3, Ilmenau 98693, Thuringia, Germany.Operation and performance evaluation of vertical nanopositioners for 10 mm stroke in a 3D lift and tilt test setup
Steffen Hesse1. Michael Katzschmann1. Alex S. Huaman1. Stephan Gorges1. Eberhard Manske2.euspen – Special Interest Group Meeting: Precision Motion Systems & Control, 15th – 16th November 2022, s-Hertogenbosch, The Netherlands, NL
1IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. 2Institut für Prozessmess- und Sensortechnik, Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, Germany.Robust Tracking Control with L1 Adaptive Augmentation for a Long Stroke Vertical Nanopositioning System: Part II
Alex S. Huaman1. Johann Reger2.2022 IEEE Conference on Control Technology and Applications (CCTA), 2022, pp. 621-627, DOI: doi.org/10.1109/CCTA49430.2022.9965993, 22 - 25 August, 2022, Trieste, Italy
1IMMS Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme gemeinnützige GmbH, 98693 Ilmenau, Germany. 2Control Engineering Group, Technische Universität Ilmenau, P.O. Box 10-05-65, D-98684, Ilmenau, Germany.

Veranstaltung,
euspen 2022
Euspen Special Interest Group Meeting: Precision Motion Systems & Control 15th – 16th November 2022

Veranstaltung,
SPIE 2021
Advanced Lithography Digital Forum of The International Society for Optics and Photonics

Pressemitteilung,
Ready for Take-off – Vertikalantrieb für die 3D-Nanofertigung vorgestellt
IMMS-Doktorand verteidigt Promotion im DFG-Graduiertenkolleg NanoFab
Kontakt
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Dr.-Ing. Ludwig Herzog
Leiter Mechatronik
ludwig.herzog(at)imms.de+49 (0) 3677 874 93 60
Dr. Ludwig Herzog gibt Ihnen Auskunft zu unserer Forschung an magnetischen 6D-Direktantrieben mit nm-Präzision für die nm-Vermessung und -Strukturierung von Objekten. Er unterstützt Sie mit Dienstleistungen für die Entwicklung mechatronischer Systeme, für Simulation, Design und Test von MEMS sowie für Finite-Elemente-Modellierung und Simulation.
Förderung
Das Graduiertenkolleg 2182 „Spitzen- und laserbasierte 3D-Nanofabrikation in ausgedehnten makroskopischen Arbeitsbereichen“ wird unter dem Förderkennzeichen DFG GRK 2182 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.