Das Material ist die Maschine

Der Formgedächtniseffekt

Eine Formgedächtnislegierung kann im kalten Zustand verformt werden und kehrt durch Erhitzen selbstständig in ihren "Formgedächtnis"-Zustand zurück.

Ein Material mit zwei Gesichtern

Noch mehr Funktion auf immer weniger Raum – dies ist die Herausforderung der Industrie in vielen Bereichen. memetis ermöglicht durch den Einsatz gezielt strukturierter Dünnschichten aus Formgedächtnislegierung (FGL) platzsparende und leistungsstarke Mikroaktoren. Eine Formgedächtnislegierung (FGL) wird auch als Smart Material oder Memorymetall bezeichnet. Dies ist auf ihre Fähigkeit der "Erinnerung" an seine Ursprungsgestalt zurückzuführen. Aktoren sind Bauteile, welche eine Bewegung oder Aktion auf kleinstem Raum ausführen. Die Dünnschichtaktoren von memetis existieren bei ungleichen Temperaturen in zwei unterschiedlichen Kristallstrukturen und „erinnern“ sich an eine frühere Formgebung auch nach starker Verformung. Somit sind Formgedächtnislegierungen metallische Legierungen, die sich im kalten Zustand leicht verformen lassen, zum Beispiel durch Druck. Sobald man sie jedoch erhitzt, etwa durch einen Stromimpuls, gehen sie in ihren Ursprungszustand, in ihr „Formgedächtnis“ zurück - der sogenannte Formgedächtniseffekt. Dabei kommen Kräfte zum Tragen, die gezielt zur Steuerung von Bewegungen bei Kleinstkomponenten eingesetzt werden können. Dieses Verhalten nutzt die memetis GmbH für ihre Arbeit.

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Der Formgedächtniseffekt
Illustrativ
  • Martensit (Tieftemperaturphase)
    Im kalten Zustand (Martensit) lässt sich die Formgedächtnislegierung leicht verformen, in dem sie einwirkenden Kräften (z.B. durch ein Gewicht) nachgibt.
  • Martensit (Tieftemperaturphase)
    Im kalten Zustand (Martensit) lässt sich die Formgedächtnislegierung leicht verformen, in dem sie einwirkenden Kräften (z.B. durch ein Gewicht) nachgibt.
  • Martensit (Tieftemperaturphase)
    Im kalten Zustand (Martensit) lässt sich die Formgedächtnislegierung leicht verformen, in dem sie einwirkenden Kräften (z.B. durch ein Gewicht) nachgibt.
  • Phasenumwandlung
    Bei zunehmender Erwärmung der Legierung wandelt sich die Mikrostruktur des Materials in den Austenit um und nimmt ihr "Formgedächtnis" an.
  • Phasenumwandlung
    Bei zunehmender Erwärmung der Legierung wandelt sich die Mikrostruktur des Materials in den Austenit um und nimmt ihr "Formgedächtnis" an.
  • Phasenumwandlung
    Bei zunehmender Erwärmung der Legierung wandelt sich die Mikrostruktur des Materials in den Austenit um und nimmt ihr "Formgedächtnis" an.
  • Austenit (Hochtemperaturphase)
    Wird eine gewisse Temperatur überschritten, entfaltet die Legierung ihre volle Kraft. Das Material erinnert sich in dieser Hochtemperaturphase exakt an eine äußere Gestalt.
  • Austenit (Hochtemperaturphase)
    Wird eine gewisse Temperatur überschritten, entfaltet die Legierung ihre volle Kraft. Das Material erinnert sich in dieser Hochtemperaturphase exakt an eine äußere Gestalt.
  • Austenit (Hochtemperaturphase)
    Wird eine gewisse Temperatur überschritten, entfaltet die Legierung ihre volle Kraft. Das Material erinnert sich in dieser Hochtemperaturphase exakt an eine äußere Gestalt.
  • Austenit (Hochtemperaturphase)
    Wird eine gewisse Temperatur überschritten, entfaltet die Legierung ihre volle Kraft. Das Material erinnert sich in dieser Hochtemperaturphase exakt an eine äußere Gestalt.

In der Diagnostik und Analytik gibt es vor allem im Bereich der Mikrofluidik den Trend zur Miniaturisierung und erhöhter Portabilität bei gleichbleibendem oder gar gesteigertem Funktionsumfang. Sogenannte Lab-on-a-Chip-Systeme sollen komplexe Analysen auf kleinstem Raum ermöglichen – smart, handlich und dezentral einsetzbar. Fokus der memetis GmbH ist es, ein solches System durch folienbasierte Miniatur-Aktoren aus Formgedächtnislegierungen in Form von Ventilen und Pumpen noch intelligenter und für ein breites Spektrum an Anwendungen verfügbar zu machen. Anwendungen mit ähnliche Anforderungen an die Bauteilkompaktheit finden sich jedoch auch im Bereich der Automatisierungstechnik, z.B. in der Robotik.

Weitere Informationen zur Formgedächtnisaktorik

Formgedächtnisaktorik ist unsere Kernkompetenz - gerne stehen wir Iunseren Kunden und Interessenten bei jeglichen Fragen zur Seite. ​Bei weitergehendem Interesse am Formgedächtniseffekt und unserer Arbeit verweisen wir jedoch auf die folgenden Publikationen:

  • C. Megnin, M. Kohl; Mikroventile aus Formgedächtnislegierung für ein strömungstechnisches Steuerungssystem; Journal of Micromechanics and Microengineering; Band 24; S. 025001, 2014;
  • C. Megnin, J. Barth, M. Kohl; Ein bistabiles SMA-Mikroventil für die 3/2-Wege-Steuerung; Sensoren und Aktoren A; Band 188; S. 285-291, 2012;
  • M. Gueltig, H. Ossmer, M. Ohtsuka, H. Miki, K. Tsuchiya, T. Takagi und M. Kohl; Thermomagnetische Betätigung durch metamagnetische Ni-Co-Mn-In-Schichten mit niedriger Hysterese; Materialien heute: Verfahren; Bd. 2, S. S883-S886, 2015;
  • M. Kohl, M. Gueltig, V. Pinneker, R. Yin, F. Wendler und B. Krevet; Magnetische Formgedächtnis-Mikroaktuatoren; Mikromaschinen; Bd. 5, nein. 4, S. 1135-1160, 2014;
  • H. Ossmer, F. Lambrecht, M. Gueltig, C. Chluba, E. Quandt, M. Kohl; Entwicklung von Temperaturprofilen in TiNi-Schichten zur elastokalorischen Kühlung; Acta Materialia; Band 81, S. 9-20, 2014;
  • H. Ossmer, F. Wendler, M. Gueltig, F. Lambrecht, S. Miyazaki, M. Kohl; Energieeffiziente Wärmepumpen im Miniaturmaßstab auf Basis von Formgedächtnislegierungen; Smart Materials and Structures; Vol. 25, S. 1-13, 2016;