Promotion: Optimierung der Leistungsfähigkeit elektrothermischer Polymeraktoren aus SU-8 am Beispiel eines haptischen Displays

Elektrothermische Polymeraktoren bestehen aus stabförmigen polymeren Ausdehnungskörpern, die durch metallische Leiterschleifen lokal beheizt und so definiert bewegt werden. Die Fertigung geschieht im hauseigenen Reinraumlabor per UV-Tiefenlithographie von SU-8 oder feinwerktechnischer Bearbeitung von Polymerfolien. Die Heizer werden durch Mikrogalvanoformung oder PVD und Nassätzen strukturiert.

Der Schwerpunkt meiner Arbeit liegt auf der mechanischen und elektrischen Charakterisierung von SU-8 und galv. Nickel in Abhängigkeit der Herstellungsparameter. Hieraus wurde das Werkstoffverhalten als Grundlage für die Materialmodellierung beim Aktorentwurf und zur Definition von Betriebsgrenzen ermittelt.

In Folge wurde ein neuartiges gekoppeltes FEM-Modell entwickelt und validiert, das die vollständige Volumengeometrie des Aktors inklusive des metallischen Heizers berücksichtigt. Eine neue Entwurfsmethode für den Heizer ermöglicht eine geometrieangepasste Leistungsabgabe und damit das Erreichen der maximalen Aktortemperatur auf möglichst weiten Bereichen der Geometrie. Damit konnte die Leistungsfähigkeit der Aktoren um ca. 20% im Vergleich zum Start der Arbeit erhöht werden.

Abschließend wurden elektrothermische Aktoren zum Antrieb taktiler Bilderpunkte für die adaptive haptische Informationsdarstellung untersucht. Die oben genannten Gesichtspunkte fließen in dieser Arbeit zusammen und erweitern den Anwendungshorizont für diese neuartige Aktortechnologie. Ein Demonstrator wurde aufgebaut und charakterisiert.

Die Dissertation wurde dem Fachbereich am 26.04.2016 vorgelegt und die Verteidigung für den 30.08.2016 angesetzt.

 

Bearbeitete Projekte

BMBF STARK: Steigerung der Lebensqualität durch tragbare, örtlich aufgelöste Displaysysteme für die taktile Kommunikation

BMBF INSIGHT: Untersuchung der mechanischen, elektrischen und magnetischen Eigenschaften von galvanischem Nickel aus einem zusatzfreien Nickelsulfamat-Bad

Kontakt

Technische Universität Darmstadt

Fachgebiet Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme (M+EMS)

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