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Doktoranden der FH Aachen stellen ihre wissenschaftlichen Arbeiten aus verschiedenen Fachdisziplinen vor.
Im Studiengang Mikrosystemtechnik des Fachhochschulstandortes Zweibrücken werden zwei neue moderne Anlagen für die Herstellung von mikrotechnischen Komponenten in Betrieb genommen: Ein Oxidationsofen für Herstellung dünner Oxidschichten auf Silizium-Einkristallen und eine Belichtungsapparatur für die Fotolithografie - das Besondere an diesen Anlagen: Sie existieren nur virtuell, d.h. als Animationen in einer Computerwelt.
Das Technologiepraktikum „Virtuelle Sensor-Fertigung“ ist ein Beispiel für die medientechnische Aufbereitung von Lern- und Lehrmaterial unter didaktischen Gesichtspunkten. Studierende lernen einen Fertigungsprozess mit Hilfe von virtuellen Maschinen kennen, bevor sie die reale Prozesskette im Laborpraktikum im Reinraum durchführen.
Im Projekt INGMEDIA ist die Lernform "Praktikum" zu einer selbst bestimmten Lernumgebung weiterentwickelt worden. Vielfältige Kontextangebote bieten individuelle Lerneinstiegsmöglichkeiten und aktivieren selbstgesteuertes Lernen. Praktika aus drei Bereichen des Ingenieurstudiums, "physikalische Grundlagenpraktika", "Telematiklabore für Elektronik" in der Studienmitte und "virtuelle Technologiepraktika" für Fortgeschrittene , wurden mit Hilfe der Neuen Medien umgestaltet, erprobt und evaluiert. Alle Lern- und Praktikumseinheiten können mit Standard-Internet-Browsern über die INGMEDIA-Lernumgebung (ILIAS Open source) benutzt werden. Für Lehrende wird die Plattform durch ein komfortables Offline-Autorensystem ergänzt, mit dem mulitmediale Lern- und Praktikumseinheiten ohne spezielle Programmierkenntnisse erstellt und automatisch in die Datenbank der ILIAS Lernplattform importiert werden können. Die weiterentwickelten Praktikumseinheiten werden seit dem Wintersemester 2002/03 im regulären Lehrbetrieb eingesetzt und formativ evaluiert. Bei den Erprobungen der hypermedialen Lerneinheiten in physikalischen Grundpraktika schätzen die Lernenden den Stand ihrer Vorbereitung als befriedigend ein, die Praktikumsbetreuer konstatierten eine merkliche Verbesserung des Wissensstandes. Die Mehrheit der Studierenden begrüßte vor allem die durch die Telematik angebotene größere Freiheit eines zeit- und ortsunabhängigen Lernens und der eigenen Lernorganisation. Das virtuelle Technologie-Praktikum: "Sensor-Fertigung" ermöglicht die Neukonzeption einer industrienahen Ausbildung von Ingenieuren in innovativen Technologien und hat sich bereits bestens bewährt. Die empirischen Befunde über alle im INGMEDIA-Projekt evaluierten Praktika weisen darauf hin, dass Akzeptanz und Lernerfolg beim Einsatz neuer Medien umso deutlicher sichtbar werden je größer die Selbstlern- und Medienkompetenzen der Studierenden sind.
An BaTiO3 Keramik als Modellsubstanz und mit Nd:YAG- und Excimer-Lasern wurde die Mikrostrukturierung von Grünkörperpreßlingen, deren Schrumpfungsverhalten beim Sintern und die Mikrostrukturierung von gesinterten Keramiken untersucht. Für die bessere Vergleichbarkeit wurden alle keramischen Folien, Preßlinge und Sinterwerkstoffe im Rahmen des Projektes hergestellt. Die Nd:YAG Laserbearbeitung erfolgte mit einem Rasterverfahren, bei dem der fokussierte Strahl mit Hilfe eines Scanners und eines Umlenkspiegels entlang der Bearbeitungskontur geführt wurde. Bei der Excimer Laserbearbeitung wurden die Strukturen ohne Relativbewegung zwischen Strahlquelle und Bearbeitungsobjekt durch die Abbildung einer Maske erzeugt. Mit dem Nd:YAG Laser (Wellenlänge 1,06 µ m) war eine abtragende Bearbeitung nur bei den Grünkörpern, nicht aber bei den gesinterten Keramiken möglich. Mit dem Excimer Laser (Wellenlänge 248 nm) konnten dagegen sowohl Grünkörper als auch gesinterte Keramiken strukturiert werden. Wenn die Genauigkeitsanforderungen nicht unter ± 10 µm liegen, die Bearbeitungskonturen möglichst geradlinig sind und der Anteil der zu bearbeitenden Fläche klein ist, kann mit Nd:YAG-Lasern eine effiziente Mikrostukturierung von keramischen Grünkörpern durchgeführt werden. Strukturierte Grünkörper können reproduzierbar und unverzerrt zu keramischen Bauteilen gesintert werden. Mit Excimer-Lasern wird eine höhere Genauigkeit und Qualität bei der Bearbeitung von Grünkörpern und Keramiken erreicht. Die Bearbeitungseffizienz lässt sich durch eine hohe Pulswiederholfrequenz und durch die simultane Bearbeitung großer Flächen steigern. Das für Excimer-Laserstrahlung zweckmäßige Abbildungsverfahren hat besondere Vorteile, wenn ein flächiger Abtrag mit komplexen Strukturen verwirklicht werden soll, wobei Toleranzen und Reproduzierbarkeiten von besser als ± 5 µm realisiert werden konnten. Die Mikrostrukturierung mit Excimer-Lasern ist an Grünkörpern und an gebrannten Keramiken gleichermaßen möglich. Die Abtragsraten liegen bei Grünkörpern mit 0,2 µm pro Puls zwar um ca. 50% höher als bei Keramiken, es ist jedoch zweifelhaft, ob dieser Vorteil den größeren prozeßtechnischen Aufwand bei der Bearbeitung von Grünkörpern rechtfertigen kann.
