Normpartikel – De volgende generatie in 3D

Matrix

Test- of normdeeltjes zijn in de afgelopen jaren onmisbaar geworden in veel delen van de techniek. Hun toepassingsgebied omvat bijvoorbeeld de validatie van technische reinheid, proefjes naar het kortsluitgedrag van elektronische componenten of het gedrag van partiële verontreinigingen in vloeistofgeleiding systemen. Tot nu toe was de classificatie van de deeltjes, vanwege de fabricage, uitsluitend gebaseerd op hun lengte. Met een nieuw ontwikkeld fabricageproces kunnen de deeltjes nu in alle drie de dimensies gespecificeerd worden, en dat met een aanzienlijk nauwere tolerantiegraad.

Het nieuwe fabricageproces is ontstaan in het kader van een door het Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderde onderzoeksproject over de ontwikkeling en proefneming van een testmethodiek («fault injection testing») voor E/E-systemen ter waarborging van de uitvalkans tijdens de productontwikkelingsfase. Het doel van een deelproject was daarbij een deeltjessoort die verder gaat dan de tot nu toe gebruikte eendimensionale karakterisering en in alle drie de dimensies gespecificeerd is, en waarvan de fabricagetolerantie de eerdere grens van +/- 50 µm aanzienlijk ondertreft. In de twee jaar durende ontwikkelingsfase zijn de twee projectpartners, Spies Lasertechnik GmbH en BIDAG Technologies GmbH & Co. KG, erin geslaagd een geschikt tweefasig proces te ontwikkelen, waarmee de aanvankelijk gestelde doelen nog duidelijk overtroffen konden worden.

In de eerste fase van het proces worden de deeltjes in een matrix voorbewerkt. Door de matrixachtige opstelling van de deeltjes tijdens het snijproces vindt al in deze fabricagefase een eerste voorverdeling plaats, wat een gerichte selectie van parameters bij de daaropvolgende stappen mogelijk maakt. De tweede fase omvat de chemische nabewerking van de deeltjes en een stukprecisie fractionering. Tijdens deze nabewerking worden de eerder laser-gesneden deeltjes eerst geïsoleerd, daarna op de gewenste afmetingen gebracht en tenslotte chemisch gereinigd en gepolijst. Met deze methode kunnen normdeeltjes voor het eerst nauwkeurig worden vervaardigd in lengte, breedte en hoogte. De hoogte van de deeltjes is daarbij in stappen van 50 µm mogelijk, vanaf een minimale hoogte van 100 µm. De lengte en breedte van de deeltjes kunnen vrij worden bepaald. Met de huidige ontwikkelingsstand zijn de deeltjes van aluminium, roestvrij staal en koper beschikbaar. Verdere materialen zullen in de verdere ontwikkeling worden toegevoegd. De tijdens de projectplanningsfase als doel gestelde fabricatietolerantie van +/- 20 µm kon door de tweefasige fabricage worden teruggebracht tot +/- 10 µm. Vergeleken met de oorspronkelijke testdeeltjes maken de zo ontworpen deeltjes, vanwege hun driedimensionale vorm en nauwe fabricatietoleranties, een aanzienlijk breder toepassingsgebied mogelijk. Dit omvat vooral testen in gebieden waar bijvoorbeeld afstanden micronauw worden overbrugd of het doorstroomgedrag in nauwe kanalen wordt onderzocht, en waar verdere invloedsfactoren zoveel mogelijk moeten worden geminimaliseerd. Als klassiek voorbeeld wordt hier het testen van het kortsluitgedrag van elektronische componenten genoemd. Daarnaast ontstaan er tal van andere toepassingsmogelijkheden in verschillende sectoren. Sinds hun verschijning aan het begin van het jaar worden de deeltjes al succesvol gebruikt in sectoren zoals de automobielindustrie, de optische industrie of de medische technologie. Omdat het nieuw ontwikkelde fabricageproces een vrijwel vrije dimensionering van de deeltjes mogelijk maakt, wordt aanbevolen om de afmetingen en het deeltjesmateriaal vooraf te plannen op basis van het toekomstige toepassingsgebied van de deeltjes, in overleg met de experts van BIDAG Technologies GmbH & Co. KG, waarmee de 3D-deeltjes sinds het begin van het jaar worden vermarkt. De grote vraag en talrijke positieve feedback van gebruikers in het veld spreken al voor de behoefte en het brede toepassingsgebied van de precieze driedimensionale normdeeltjes.