Qualitätsmanagement in der Instandhaltung

Im Nanometerbereich sind komplexe, freistehende 3D-Architekturen durch die erforderliche Präzision sehr schwer herstellbar. Im Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden widmen sich Wissenschafter der TU Graz deshalb den Grundlagen des 3D-Nanoprintings und entwickeln die Technologie weiter. Die Gruppe nutzt die fokussierte Elektronenstrahlabscheidung (Focused Electron Beam Induced Deposition – FEBID), die bereits bei der Fertigung komplexer, jedoch oftmals flacher Nanostrukturen erfolgreich eingesetzt wird.

Das Forschungsteam hat die Technologie im CD-Labor nun derart weiterentwickelt, dass selbst komplexe dreidimensional

Im Nanometerbereich sind komplexe, freistehende 3D-Architekturen durch die erforderliche Präzision sehr schwer herstellbar. Im Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden widmen sich Wissenschafter der TU Graz deshalb den Grundlagen des 3D-Nanoprintings und entwickeln die Technologie weiter. Die Gruppe nutzt die fokussierte Elektronenstrahlabscheidung (Focused Electron Beam Induced Deposition – FEBID), die bereits bei der Fertigung komplexer, jedoch oftmals flacher Nanostrukturen erfolgreich eingesetzt wird.

Das Forschungsteam hat die Technologie im CD-Labor nun derart weiterentwickelt, dass selbst komplexe dreidimensionale Nanostrukturen kontrolliert und vor allem voraussagbar hergestellt werden können. Neben dem Fertigen neuer Strukturen ermöglicht das Verfahren auch das Modifizieren von bereits fertigen Mikro- und Nanobauteilen. Die einzelnen Lagen, die mithilfe des FEBID-basierten 3D-Drucks aufgetragen werden, bleiben auf nahezu jedem Material und jeder Oberflächenbeschaffenheit haften. Das spart zum einen Zeit, da die FEBID-Methode keine Vor- oder Nachbehandlung benötigt. Zum anderen ermöglicht es auch die Fabrikation auf unebenen bzw. rauen Oberflächen. Mit dieser Art des 3D-Nanoprintings eröffnen sich der Wissenschaft und der Industrie völlig neue Spielwiesen, so Harald Plank vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz und Leiter des CD-Labors. Mit der neuen Technologie können zukünftig Herausforderungen gemeistert werden, wie das mit alternativen Nanofabrikationsmethoden wie der Elektronenstrahl-Lithographie nicht möglich war. Mit dieser Methode wäre es praktisch auch möglich, 3D-Nanostrukturen auf einer Bleistiftspitze herzustellen, was mit alternativen Technologien nur sehr schwer umsetzbar ist.

So funktioniert die neue 3D-Nanoprinting Technologie

Eingesetzt wird das neue Verfahren in Kooperation mit den Industriepartnern GETec Microscopy (Wien) und der Anton Paar GmbH (Graz) im Bereich der Rasterkraftmikroskopie für die Fertigung von Messsonden, die Spitzenradien von unter zehn Nanometer aufweisen können. Der Druckvorgang geschieht in der Vakuumkammer von Elektronenmikroskopen. Die funktionellen Gase werden mit einer feinen Nadel in der Nähe der Probe eingebracht. Die gasförmigen Moleküle adsorbieren dann auf der Oberfläche und werden vom fokussierten Elektronenstrahl chemisch aufgespalten und immobilisiert – sie bleiben also durch die Interaktion mit dem Elektronenstrahl an Ort und Stelle haften. Man kann sich das 3D-Nanoprinting wie einen Kugelschreiber vorstellen: Der Elektronenstrahl agiert wie die Mine des Kugelschreibers und das Gas ist die Tinte.

Für das Drucken von geneigten Strukturen haben sich Plank und sein Team von Legobausteinen inspirieren lassen: Um eine geneigte Architektur aus Lego zu bauen, muss die nächsthöhere Lage an Steinen immer leicht versetzt werden. Genau das haben sie auf das 3D-Nanoprinting übertragen: Vor dem Auftragen der nächsten Schicht verschieben sie den Elektronenstrahl und drucken so sprichwörtlich schräg in die Höhe.

Erfolgreiche Umsetzung

Während der letzten 20 Monate konnte das CD-Labor bereits den ersten Proof-of-Principle abliefern. Hierfür wurde FEBID für die Herstellung von elektrisch leitfähigen Nanosonden verwendet, deren Leistungsfähigkeit deutlich höher ist als jene von alternativen, kommerziell erhältlichen Produkten. Die Kleinserienproduktion wird in den kommenden Monaten in Wien ihren Betrieb aufnehmen und dem Industriepartner GETec Microscopy neue Möglichkeiten eröffnen.

Internationale Kooperation

Damit das neue Verfahren keine Nischentechnologie bleibt, wollen die Forschenden im CD-Labor als nächsten Schritt eine neue Software für 3D-Nanoprinting entwickeln, mit der auch ohne breite Vorkenntnisse komplexe Nanostrukturen gedruckt werden können. Hierzu haben sich Plank und seine Arbeitsgruppe mit den Oak Ridge National Laboratories (USA) und dem Physikalischen Institut an der Goethe-Universität Frankfurt (GER) zusammengeschlossen, die gemeinsam mit der TU Graz zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet zählen. Im Fokus dieses Vorhabens ist auch die Erweiterung des Verfahrens auf 3D-Flächen und Multi-Material-Strukturen, um die Funktionalität und damit auch die Relevanz dieser Technologie in Forschung und Entwicklung weiter zu steigern.

Das Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden ist im Field of Expertise Advanced Materials Science verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

www.presse.tugraz.at

e Nanostrukturen kontrolliert und vor allem voraussagbar hergestellt werden können. Neben dem Fertigen neuer Strukturen ermöglicht das Verfahren auch das Modifizieren von bereits fertigen Mikro- und Nanobauteilen. Die einzelnen Lagen, die mithilfe des FEBID-basierten 3D-Drucks aufgetragen werden, bleiben auf nahezu jedem Material und jeder Oberflächenbeschaffenheit haften. Das spart zum einen Zeit, da die FEBID-Methode keine Vor- oder Nachbehandlung benötigt. Zum anderen ermöglicht es auch die Fabrikation auf unebenen bzw. rauen Oberflächen. Mit dieser Art des 3D-Nanoprintings eröffnen sich der Wissenschaft und der Industrie völlig neue Spielwiesen, so Harald Plank vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz und Leiter des CD-Labors. Mit der neuen Technologie können zukünftig Herausforderungen gemeistert werden, wie das mit alternativen Nanofabrikationsmethoden wie der Elektronenstrahl-Lithographie nicht möglich war. Mit dieser Methode wäre es praktisch auch möglich, 3D-Nanostrukturen auf einer Bleistiftspitze herzustellen, was mit alternativen Technologien nur sehr schwer umsetzbar ist.

So funktioniert die neue 3D-Nanoprinting Technologie

Eingesetzt wird das neue Verfahren in Kooperation mit den Industriepartnern GETec Microscopy (Wien) und der Anton Paar GmbH (Graz) im Bereich der Rasterkraftmikroskopie für die Fertigung von Messsonden, die Spitzenradien von unter zehn Nanometer aufweisen können. Der Druckvorgang geschieht in der Vakuumkammer von Elektronenmikroskopen. Die funktionellen Gase werden mit einer feinen Nadel in der Nähe der Probe eingebracht. Die gasförmigen Moleküle adsorbieren dann auf der Oberfläche und werden vom fokussierten Elektronenstrahl chemisch aufgespalten und immobilisiert – sie bleiben also durch die Interaktion mit dem Elektronenstrahl an Ort und Stelle haften. Man kann sich das 3D-Nanoprinting wie einen Kugelschreiber vorstellen: Der Elektronenstrahl agiert wie die Mine des Kugelschreibers und das Gas ist die Tinte.

Für das Drucken von geneigten Strukturen haben sich Plank und sein Team von Legobausteinen inspirieren lassen: Um eine geneigte Architektur aus Lego zu bauen, muss die nächsthöhere Lage an Steinen immer leicht versetzt werden. Genau das haben sie auf das 3D-Nanoprinting übertragen: Vor dem Auftragen der nächsten Schicht verschieben sie den Elektronenstrahl und drucken so sprichwörtlich schräg in die Höhe.

Erfolgreiche Umsetzung

Während der letzten 20 Monate konnte das CD-Labor bereits den ersten Proof-of-Principle abliefern. Hierfür wurde FEBID für die Herstellung von elektrisch leitfähigen Nanosonden verwendet, deren Leistungsfähigkeit deutlich höher ist als jene von alternativen, kommerziell erhältlichen Produkten. Die Kleinserienproduktion wird in den kommenden Monaten in Wien ihren Betrieb aufnehmen und dem Industriepartner GETec Microscopy neue Möglichkeiten eröffnen.

Internationale Kooperation

Damit das neue Verfahren keine Nischentechnologie bleibt, wollen die Forschenden im CD-Labor als nächsten Schritt eine neue Software für 3D-Nanoprinting entwickeln, mit der auch ohne breite Vorkenntnisse komplexe Nanostrukturen gedruckt werden können. Hierzu haben sich Plank und seine Arbeitsgruppe mit den Oak Ridge National Laboratories (USA) und dem Physikalischen Institut an der Goethe-Universität Frankfurt (GER) zusammengeschlossen, die gemeinsam mit der TU Graz zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet zählen. Im Fokus dieses Vorhabens ist auch die Erweiterung des Verfahrens auf 3D-Flächen und Multi-Material-Strukturen, um die Funktionalität und damit auch die Relevanz dieser Technologie in Forschung und Entwicklung weiter zu steigern.

Das Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden ist im Field of Expertise Advanced Materials Science verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

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Im Nanometerbereich sind komplexe, freistehende 3D-Architekturen durch die erforderliche Präzision sehr schwer herstellbar. Im Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden widmen sich Wissenschafter der TU Graz deshalb den Grundlagen des 3D-Nanoprintings und entwickeln die Technologie weiter. Die Gruppe nutzt die fokussierte Elektronenstrahlabscheidung (Focused Electron Beam Induced Deposition – FEBID), die bereits bei der Fertigung komplexer, jedoch oftmals flacher Nanostrukturen erfolgreich eingesetzt wird.

Das Forschungsteam hat die Technologie im CD-Labor nun derart weiterentwickelt, dass selbst komplexe dreidimensionale Nanostrukturen kontrolliert und vor allem voraussagbar hergestellt werden können. Neben dem Fertigen neuer Strukturen ermöglicht das Verfahren auch das Modifizieren von bereits fertigen Mikro- und Nanobauteilen. Die einzelnen Lagen, die mithilfe des FEBID-basierten 3D-Drucks aufgetragen werden, bleiben auf nahezu jedem Material und jeder Oberflächenbeschaffenheit haften. Das spart zum einen Zeit, da die FEBID-Methode keine Vor- oder Nachbehandlung benötigt. Zum anderen ermöglicht es auch die Fabrikation auf unebenen bzw. rauen Oberflächen. Mit dieser Art des 3D-Nanoprintings eröffnen sich der Wissenschaft und der Industrie völlig neue Spielwiesen, so Harald Plank vom Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz und Leiter des CD-Labors. Mit der neuen Technologie können zukünftig Herausforderungen gemeistert werden, wie das mit alternativen Nanofabrikationsmethoden wie der Elektronenstrahl-Lithographie nicht möglich war. Mit dieser Methode wäre es praktisch auch möglich, 3D-Nanostrukturen auf einer Bleistiftspitze herzustellen, was mit alternativen Technologien nur sehr schwer umsetzbar ist.

So funktioniert die neue 3D-Nanoprinting Technologie

Eingesetzt wird das neue Verfahren in Kooperation mit den Industriepartnern GETec Microscopy (Wien) und der Anton Paar GmbH (Graz) im Bereich der Rasterkraftmikroskopie für die Fertigung von Messsonden, die Spitzenradien von unter zehn Nanometer aufweisen können. Der Druckvorgang geschieht in der Vakuumkammer von Elektronenmikroskopen. Die funktionellen Gase werden mit einer feinen Nadel in der Nähe der Probe eingebracht. Die gasförmigen Moleküle adsorbieren dann auf der Oberfläche und werden vom fokussierten Elektronenstrahl chemisch aufgespalten und immobilisiert – sie bleiben also durch die Interaktion mit dem Elektronenstrahl an Ort und Stelle haften. Man kann sich das 3D-Nanoprinting wie einen Kugelschreiber vorstellen: Der Elektronenstrahl agiert wie die Mine des Kugelschreibers und das Gas ist die Tinte.

Für das Drucken von geneigten Strukturen haben sich Plank und sein Team von Legobausteinen inspirieren lassen: Um eine geneigte Architektur aus Lego zu bauen, muss die nächsthöhere Lage an Steinen immer leicht versetzt werden. Genau das haben sie auf das 3D-Nanoprinting übertragen: Vor dem Auftragen der nächsten Schicht verschieben sie den Elektronenstrahl und drucken so sprichwörtlich schräg in die Höhe.

Erfolgreiche Umsetzung

Während der letzten 20 Monate konnte das CD-Labor bereits den ersten Proof-of-Principle abliefern. Hierfür wurde FEBID für die Herstellung von elektrisch leitfähigen Nanosonden verwendet, deren Leistungsfähigkeit deutlich höher ist als jene von alternativen, kommerziell erhältlichen Produkten. Die Kleinserienproduktion wird in den kommenden Monaten in Wien ihren Betrieb aufnehmen und dem Industriepartner GETec Microscopy neue Möglichkeiten eröffnen.

Internationale Kooperation

Damit das neue Verfahren keine Nischentechnologie bleibt, wollen die Forschenden im CD-Labor als nächsten Schritt eine neue Software für 3D-Nanoprinting entwickeln, mit der auch ohne breite Vorkenntnisse komplexe Nanostrukturen gedruckt werden können. Hierzu haben sich Plank und seine Arbeitsgruppe mit den Oak Ridge National Laboratories (USA) und dem Physikalischen Institut an der Goethe-Universität Frankfurt (GER) zusammengeschlossen, die gemeinsam mit der TU Graz zu den weltweit führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet zählen. Im Fokus dieses Vorhabens ist auch die Erweiterung des Verfahrens auf 3D-Flächen und Multi-Material-Strukturen, um die Funktionalität und damit auch die Relevanz dieser Technologie in Forschung und Entwicklung weiter zu steigern.

Das Christian Doppler Labor für direkte Fabrikation von 3D-Nanosonden ist im Field of Expertise Advanced Materials Science verankert, einem von fünf strategischen Schwerpunktfeldern der TU Graz.

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Für eine Erhöhung der Anlagensicherheit und -zuverlässigkeit sowie die Sicherstellung des Anlagenwerts während ihres Lebenszyklus wird die Instandhaltung von Unternehmen mittlerweile als Wertschöpfungs- und Wettbewerbspotenzial gesehen. Um das Potenzial zu nutzen, muss die Instandhaltung als aktiver Geschäftsprozess in das unternehmensübergreifende Qualitätsmanagementsystem integriert werden. Die neue Richtlinie VDI 2887 dient dafür als Leitfaden für Qualitätsmanagement in der Instandhaltung mit ausgewählten Beispielen und Aspekten.

Der Instandhaltung kommt als Unterstützungsprozess der Produktion bei der Sicherung der Prozess- und Produktqualität eine wichtige Bedeutung zu. Sie ist auch ein wesentlicher Faktor, um Kundenzufriedenheit zu gewährleisten. Grundsätzlich kann man differenzieren zwischen der Instandhaltung als Aufgabenstellung und der Instandhaltung als Organisationseinheit. Im Fokus der VDI 2887 steht die Ableitung und Zuordnung der Instandhaltungsaufgaben innerhalb des Anlagenmanagements. Erst nach exakter Definition der Qualitätsanforderungen an die Aufgabenstellung und der technischen Randbedingungen kann die Organisationsfrage sinnvoll behandelt werden.

Als integraler Teil des Anlagenmanagements haben sich die Zielgrößen der Instandhaltung stark verändert. Aufbauend auf dem prinzipiellen Ziel, die geplante Verfügbarkeit der Anlagen sowie den dazugehörenden Instandhaltungsaufwand während des Anlagenlebenszyklus zu optimieren, betrifft die Instandhaltung heutzutage umso mehr den Erfolgsfaktor Qualität. Dies rührt daher, dass vermehrt steigende Qualitätsanforderungen von internen und externen Stakeholdern auftreten. Ausgehend vom modernen prozess- und kundenorientierten Qualitätsverständnis der kontinuierlichen Verbesserung leitet die Richtlinie auch eine Definition des Begriffs der Instandhaltungsqualität ab.

Herausgeber der Richtlinie VDI 2887 Qualitätsmanagement der Instandhaltung ist die VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL). Die Richtlinie erscheint im Dezember 2019 als Entwurf und kann zum Preis von EUR 81,- beim Beuth Verlag bestellt werden. VDI-Mitglieder erhalten 10 Prozent Preisvorteil auf alle VDI-Richtlinien. Onlinebestellungen sind unter www.vdi.de/richtlinien oder www.beuth.de möglich. Die Möglichkeit zur Mitgestaltung der Richtlinie durch Stellungnahmen bestehen durch Nutzung des elektronischen Einspruchsportals oder durch schriftliche Mitteilung an die herausgebende Gesellschaft (gpl@vdi.de). Die Einspruchsfrist endet am 29.02.2019. VDI-Richtlinien können in vielen öffentlichen Auslegestellen kostenfrei eingesehen werden.

www.vdi.de