In vielen Anwendungsfeldern gewinnen Mikrostrukturen an Bedeutung. In der Biomedizintechnik
sorgen Mikrostrukturen für ein gerichtetes Zellwachstum von Nerven- Muskel- oder Hautzellen.
In der Beleuchtungs- und Displaytechnik werden mikrostrukturierte lichtleitende Folien mit
LEDs kombiniert. Die Strukturen dienen dabei der Lichtauskopplung und variieren in Länge und
Abstand um eine homogene Ausleuchtung zu erreichen. Aufgrund der Anforderungen an die
Geometrie und die Oberflächengüte lassen sich derartige Strukturen nicht sinnvoll mit
klassischen Mikrostrukturierungsverfahren wie der Lithographie fertigen. Die ultrapräzise
Zerspanung mit monokristallinen Diamantwerkzeugen unter Verwendung von Fast-Tool-Servo-
Systemen (FTS) stellt grundsätzlich eine alternative Fertigungsmethode für Mikrostrukturen dar.
Allerdings ist es erforderlich die Diamantzerspanung für die Fertigung von Strukturen mit
Dimensionen im einstelligen Mikrometerbereich zu befähigen. Einschränkungen für die
prozesssichere Herstellung liegen in der Maschinentechnik und im Fertigungsprozess.
Hinsichtlich der Maschinentechnik sorgt die begrenzte Dynamik derzeit industriell eingesetzter
FTS für überlange Prozesszeiten. Abhängig von den Strukturdetails und dem Bauteildurchmesser
dauern Bearbeitungen oft bis zu mehreren Tagen. Dies ist sowohl aus wirtschaftlicher Sicht als
auch hinsichtlich der Präzision der Mikrostrukturen zu vermeiden. Im Rahmen dieser Arbeit
werden daher die dynamischen Einschränkungen von FTS-Systemen mit Piezoantrieb erörtert. Hierzu
wird unter anderem die Integration einer Dämpfungseinheit und eines Massenausgleichs
diskutiert. Die ultrapräzise Mikrostrukturierung mittels Diamantwerkzeugen erfordert im
Vergleich zur Bearbeitung kontinuierlicher optischer Oberflächen ein neuartiges
Prozessverständnis. Durch die Fertigung der Nutstrukturen im Einstechdrehprozess kommt es
vermehrt zu Gratbildung. Zusätzlich wirkt sich der Werkstoff bei der Mikrozerspanung deutlich
stärker als in der Makrobearbeitung auf den Fertigungsprozess und das Ergebnis aus. Vor diesem
Hintergrund werden in dieser Arbeit Analysen und Parameterstudien zur Untersuchung der
prozessseitigen Einflussfaktoren auf die Gratbildung und die Strukturqualität sowie der Eignung
von verschiedenen Werkstoffen zur Mikrostrukturierung durchgeführt. Abschließend wird das
erarbeitete FTS-System bei der Fertigung von Mastergeometrien für die Replikation von
diskontinuierlichen Mikrostrukturen erprobt.
