Miniaturisierung in der Industrie stellt Hersteller vor Herausforderungen

07.12.2021

In unserem täglichen Leben können wir zwei grundlegende Trends beobachten, wenn es um Konsumgüter speziell im Elektronikbereich geht. Eine Entwicklung geht in die Richtung, dass viele Funktionen, für die früher noch eigene Geräte notwendig waren, digitalisiert werden und somit mit bereits bestehenden Geräten wie Smartphones oder PCs über Apps und Softwares genutzt werden können. Dort, wo dies nicht möglich ist und weiterhin physische Elektronikgeräte notwendig sind, geht der Trend weiterhin zur Miniaturisierung. Die Gerätschaften und Dinge, die wir nutzen, werden immer kleiner. So finden Transistoren und Mikrochips auf immer weniger Fläche Platz. Dies bringt viele Vorteile mit sich und erlaubt es auch, Elektronik dort zu verbauen und zu verwenden, wo es früher undenkbar gewesen wäre.

Vor- und Nachteile der Miniaturisierung

Der Trend zur Miniaturisierung ist nicht nur in der Konsumgüterwirtschaft erkennbar. Auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie spielt dieser Trend seine Vorzüge voll aus. Im Raketenbau, aber auch im Bau von Flugzeugen sind somit mittlerweile Leistungen möglich, die vor Jahren noch undenkbar gewesen wären. Gerade hier ist etwa eine Gewichtsreduktion von entscheidender Bedeutung, um Treibstoffkosten zu sparen. Ein weiterer Vorteil der Miniaturisierung in der Industrie, der häufig auf Verbraucher- bzw. Nutzerseite übersehen wird, ist der, dass in der Herstellung weit weniger Rohstoffaufwand notwendig ist. Denn, wenn die verwendeten Komponenten kleiner sind, werden auch weniger Ausgangsmaterialien in der Herstellung verwendet.

Ein Nachteil bzw. eine Herausforderung, die sich bei zunehmender Verkleinerung von Bauteilen in der Fertigung auftut, besteht darin, die einzelnen Produktionsschritte auf immer kleinerem Raum weiterhin präzise und korrekt ausführen zu können. Gerade beim Dosieren und Vergießen flüssiger Stoffe auf Platinen und andere Bauteile werden daher hochpräzise Dosiersysteme benötigt, die in der Lage sind, selbst auf kleinstem Raum noch exakt die richtige Menge auf die benötigte Stelle aufzubringen. Dabei wird eine hohe Wiederholgenauigkeit im Mikroliterbereich gefordert, um die Qualität der Erzeugnisse auf gleichmäßigem Niveau halten zu können. Um dabei auf wechselnde Produktionsanforderungen innerhalb eines Betriebes reagieren zu können, ist es wichtig, Mikrodosiersysteme selbst konfigurieren zu können.

Wie weit lässt sich schrumpfen?

Was die Verkleinerung von Bauteilen, Mikrochips und anderen Elementen in der Mechatronik angeht, sind in den vergangenen Jahrzehnten schier unglaubliche Fortschritte gemacht worden. Vor allem in der Elektronik hat das Mooresche-Gesetz seit Jahrzehnten seine Richtigkeit bewiesen, das besagt, dass sich die Anzahl der integrierten Schaltkreise auf einem Mikrochip etwa alle zwei Jahre verdoppelt werden kann. In einzelnen Bereichen sind Hersteller bereits in den Bereich atomarer Dimensionen vorgedrungen. Doch es tut sich die Frage auf, wie weit es überhaupt Sinn macht, Bauteile noch weiter schrumpfen zu lassen bzw. wo auch die Grenzen der Schrumpfung gegeben sind.

Egal in welchem Sektor gibt es hinsichtlich der Miniaturisierung nicht nur technische Grenzen, sondern auch wirtschaftliche. Denn vielfach mag es zwar möglich sein, Elektronikbauteile mit noch geringerem Platzbedarf herzustellen. Doch, wenn der Aufwand, der dafür betrieben werden muss, die Kosten explodieren lässt, sodass das Produkt am Markt keine Abnehmer mehr findet, sind hier wirtschaftliche Grenzen gegeben. Zwar wird es immer Forschungsbereiche geben, wo die wirtschaftlichen Aspekte ausgeklammert werden können, doch für den Weltmarkt werden diese weiterhin relevant bleiben. Gleichzeitig sehen führende Experten auch technische Grenzen gegeben, da die Regeln der Quantenmechanik einen immer enger werdenden Rahmen setzen.

Schrumpfen nicht um des Schrumpfens willen

Gerade Industriebetrieben ist selbstverständlich bewusst, dass die zunehmende Verkleinerung von Bauteilen nicht um jeden Preis vorangetrieben werden müssen. In den meisten Bereichen ist die effiziente Größe bereits erreicht, sodass durch weitere Miniaturisierung keine deutlichen Effizienzsteigerungen mehr möglich sind bzw. auch die Kosten dafür exponentiell ansteigen. Vielmehr geht es diesen Herstellern immer mehr darum, die bestehenden Fertigungsprozesse weiter zu optimieren und flexibler zu gestalten, um auf wechselnde Produktionsbedarfe rasch und kostensparend reagieren zu können.