Guinnes Buch der Rekorde

Hallo in die eckige Runde,

letztens kam ich auf die Idee, den schon mehrfach von diversen Leuten vorgeschlagenen "Rekord fürs kleinste bespielbare Steckschachbrett der Welt" bei Guinnes anzumelden.

Wer's noch nicht kennt, hier eins von den Teilen, die ich mal für eine Messe 2001 zum demonstrieren meiner damals entwickelten Mikropositioniersysteme hab' ätzen lassen:

µChess_W1.jpg

Zu den Dimensionen - das "Spielfeld" besteht aus einem 8x8-Raster aus 30µm großen, 60µm tiefen Löchern in einem Abstand von 50µm ... und nochmal jeweils 8x2-Raster links und rechts für die "Spielfiguren" ... hierfür hatte ich mit Stiftchen aus einem 25µm dicken Stahldraht zurechtgeschnitten.

Zuerst geschaut, ob schon ein anderer angemeldet war (ich kenne "Nano-Schabrettchen mit Figuren" im Nanometer-Maßstab, mit einem Nanoscribe-Resin-3D-Drucker gedruckt) ... aber nichts dazu gefunden

Dann Angemeldet ... vor 12 Wochen bzw. 3 Monaten bekomme ich die Rückmeldung, ob das akzeptiert wird.

Möglicherweise gibts da von meiner Seite auch noch ein Mißverständniss oder das ist der "normale" Vorgang -- ich soll dann wohl diesen (meinen) Rekord mit 2 Zeugen und evtl. einem Kamerateam "brechen" ... also ein "noch kleineres Schachbrett" herstellen?!?

In Vorbereitung, das live bei mir Daheim machen zu können (und aus ein paar anderen Gründen) bin ich aktuell am Abstimmen und Bestellen, wie ich das mit meinem Faserlaser-Galvo hinbekommen kann -- der bisher beste Ansatz ist eine Galvo-Optik mit einem 6x6mm Scanbereich und einem kleinsten Spot-Durchmesser von 6.2µm!!

Muß mir noch überlegen, ob wieder ein "Steck-Schachbrett" mit Löchern und Stiftfiguren, oder ein "normales" Schachbrett und aufeinanderlaminierte "Scheibchen", mit stilisierten Mustern auf der Oberseite, als Spielfiguren ... einmal frei bewegliche, oder auch schon was mit unbeweglich "auflaminierten" Figuren in einer Spiel-Stellung.

Wenn sich hier was tut (oder ich andere "Mikro-Laser"-Teile machen kann) gebe ich Updates

... wegen Anfragen zu den Details - hier die Löcher etwas größer abgebildet und im anderen Bild, der Bogen links oben, der 25µm dicke Stahldraht, aus dem ich die "Stiftchen" geschnitten hatte:

µChess_WZ1.jpg       lom-3.jpg

... das ist nur das "nackte" Spielbrett -- die "bestückten" hatte ich an die jeweiligen Besucher verteilt, nachdem ich noch von der SEite her einen Tropfen UV-Resin hab' auflaufen und per UV-LED aushärten lassen ... und in einen Tag mit "Ihr Einstieg in die Mikrowelt mit Gerwah-Mikrotechnik" draufgelasert eingesetzt

Übrigens - so sah so einer von meinem offenen, tragbaren "Mikro-Positionierern" aus, wie ich sie für die Messe-Demos verwendet hatte - links unten der 3-Achser mit jeweils 23mm Verfahrbereich in XYZ und einem kleinsten Schritt von 140nm:

Mikromontage.jpg

Hier ein Video dazu/damit:

https://www.youtube.com/watch?v=OrnsUhQ2LSE

https://www.youtube.com/watch?v=0RkBmZkaw_8

... wegen einer Frage zu den Zahnrädchen - die weißen Teile haben 5mm Durchmesser und hatte ich mit tmeiner damaligen Isel-Fräse aus POM gefräst ... die Achsen sind 0.3mm dicke Hartmetall-Stifte von Osram, die sie für ihre Halogenlämpchen verwenden (hatte für die auch mal was aufgebaut).

Die Zahrädchen sind aus einer 0.3mm dicken Messingfolie/Blech gelasert (Skizze dafür in Corel gemacht):

getriebe.jpg

... die in dem AUfbau gezeigten XYZ-Positionierer mit den 23mm Weg sind auch AFM-geeignet

Das sind "PiezoLegs" mit einem "Schritt-Antriebsmodus", indem pro "Schritt" eine Bewegung von 140nm ausgeführt wird, indem 4 "Beinchen" sich in einer lustigen Art von Wechselschritt biegen und bewegen, um die Bewegung auszuführen ... wenn ich die Bewegung beschleunige, fangen die an zu "galoppieren" und die Einzelschritte werden ungenauer und bis 300nm lang.

Wenn ich statt dem Schritt-Treiber einen analogen nehme, dann kann ich damit die Beinchen zwischen den 140nm-Positionen auch feiner biegen, so daß das dann auch eine Bewegung bis runter in den sub-nm-Bereich ausführt

Passend dazu habe ich auch noch einen Greifer mit Piezo-Aktor, der aktuell per "Torque-Drive" auf eine Greifer-Öffnungsweite von 300µm eingerichtet ist und mit 0-10V angesteuert wird - dafür habe ich ein paar 24Bit-Analog-Treiber, was schon fürs meiste langt ... mit Rückbau des Torque-Drives geht das dann auch mit kürzerem Hub mit dafür höherer Nano-Auflösung.

Aus meiner Zeit bei Vermes (letzter Arbeitgeber) habe ich aber auch noch ein paar andere Piezos und Treiber dafür von ein paar nm bis einige Hundert µm Hub mit jeweiliger "feinster Auflösung" bis runter zu einigen Angström

... übrigens braucht man für so kleine Mikro/Nano-Positionierer und das Aufnehmen und Positionieren von so Mikro-Fitzelchen auch passende Greifer!

Hab' da auch einiges entworfen/designt und aufgebaut - da die Kunden/Interessenten mit den "originalgroßen" kaum was anfangen können, dann entsprechend in einem größeren Maßstab, um damit etwas "herumspielen" zu können

Hier noch ein paar "Demonstratoren" aus der Zeit und ein aktuelleres Beispiel, wo ich gezeigt habe daß man solche Kinematiken auch "auflaminieren" kann (ich kann aktuell Metall-Schichten mit bis einigen Nanometern Dicke aufeinanderlaminieren/sintern):

Tools_all.jpg   Mikrogreifer-Einsaetze.jpg

3D-LOM-Greifer 1.png    3D-LOM-Greifer 2.png

Und hier auch nochmal eine "Parallelkinematik", die beliebig rauf- und runter skaliert werden kann, und die ich ebenfalls per Auflaminieren herstellen kann

Tripod-2.jpg

... ach, da fällt mir noch ein - das Teil von damals habe ich auch noch im Keller und heute viel bessere Kameras und Monitor-Anzeige ... das baue ich mir dann evtl. auch noch auf, um "Mikro-Schach" spielen zu können.

Das ist ein manueller SMD-Bestücker, den ich noch um einen Mikro-/Nano-Positionierer erweitert hatte - per SMD-Handbstückungsgalgen auf um 5µm genau "grob" vorpositionieren, dann zurücklehnen und den "feinen" Rest (bis runter zu wenigen Nanometern) per Keypad mit Mikroskop-Kamera-Beobachtung und/oder zusätzlichen Sensoren machen - ist wie am PC "spielen"

motek.jpg

... nein "Slipstick" (bzw. "stip'n'slick") sind Piezo-Antriebe mit "richtungsabhängiger Reibung" oder einer schnell in einer ovalen Kurve oszillierende Keramik-Spitze, was dann entweder über schell-langsam mit Reibung vorwärts schiebt, oder bei der ovalen Oszillation am unteren Bereich des "Ovals" aufsetzt und schiebt, im oberen dann frei "zurückhoppelt" - das macht z.B. PI mit einzelnen "Fingern" (bis einige k€) oder habe ich noch ältere aus den USA für deutlich billiger (60USD) ... und da gab's auch noch was mit einer schräge angesetzten Feder

Für meine Positionierer verwende ich die "PiezoLegs" von Piezomotor - hier eine Beschreibung der Technologie - https://piezomotor.com/technology/

Da stehen 4 "Beinchen" bzw. Vielschicht-Piezoaktoren auf einem über kleine Kugellager verschiebbaren Keramik-Stab und lassen sich separat wahlweise in der Länge verändern, oder biegen - ein "Schritt" wird mit jeweils 2 Beinchen fest aufgesetzt und zwei abgehoben und gebogen, und zur nächsten Schrittposition bewegt und gestreckt ... dann die anderen im Wechsel.

D.H. während bei den "stick'n'slip"-Antrieben der Antriebspin nur immer kurz aufliegt, dann zurückhüpft und dabei der Schlitten bei Gegenkräften immer wieder zurückrutscht, "schreitet" das PizoLeg-Modul immer mit zwei Beinchen fest aufgedrückt ohne herumzurutschen.

Vom Preis her hatte ich die damals für knapp 400€ pro Set bekommen ... die kosten heute deutlich über 500€

... das wird auch noch interessant -- für kleinere Laserspots unter 20µm Durchmesser war ich am Überlegen, mir eine telezentrische Optik für ein 20x20mm Scanfeld mit knapp 16µm Spot oder eine noch kleinere mit 6x6mm und knapp 7µm Spot zu bestellen ... hab' mich dann für die mit 6x6mm entschieden (bekomem die auch noch etwas günstiger, als die größere).

Vorhin hat mir der Chef zurückgemailt, daß die "6x6mm"-Optik tatsächlich nur 1x1mm macht!! ... nach Abschätzung der optischen Parameter dürfte dann der Spot-Durchmesser bei um/unter 2µm liegen - oder ?!?

Für den "Rekord" käme ich da auch so hin (das Loch-Schachbrett hat Abmessungen von 0.7x0.4mm) ... für Andees werde ich dadrunter dann aber auf jeden Fall noch einen XY-Positionierer mit entsprechender Auflösung daruntersetzen ... hab' da einen mit Steppern und unter 1µm "Genauigkeit" ... aber auch ein paar kleine Stepper mit HarmonicDrive, was evtl. nochmal'n Ticken reproduzierbarer wäre

... hier mal ein Vorab-Design, was mit einem 6µm-Spot gerade so noch zu machen ist ... für noch "feiner" müßte ich mit Blenden arbeiten

Schachbrett Design1.png

... erster "Test-Schuß" mit der 110x110mm-Optik und einem 1x1mm großen Spielfeld auf "Laserpapier" mit 3% Leistung und 200ns Pulslänge

Muß dann morgen mal Abstand, Leistung, Pulslänge und Schraffurabstand anpassen, damit das auch damit schon etwas "schärfer" wird ... die "Spielfiguren" sind auch noch zu "ausgebrannt" - das geht mit passendem Abstand und kürzeren Pulsen besser -- hier wars erstmal nur ein "Test" - die Figuren werden später "ausgeschnitten", so daß nur die inere Gravierung auf einer gleichmäßig gefärbten Scheibe zu sehen sein wird (hier wurde der "ist"-Rand graviert, also noch nichts von der Detail-Gravur zu sehen)

Wed Oct 15 17-49-08.png

... der zweite Versuch mit der 110x110mm-Optik und einem 1x1mm-Feld auf Laserpapier sieht auch nicht viel besser aus ... werde also auf die 6x6mm-Optik warten und die Beschichtung dann mit Alu, Gold und Carbon machen

Thu Oct 16 10-25-48.jpg

Hier mal ein Beispiel, was mit der 110x110mm-Optik und Beschichtung geht - der Spot-Durchmesser hierbei ist etwas über 30µm (kleinste Details bzw. "Spitzen") ... die Fliese ist 25x25mm groß:

Coating-Beispiel-Beethoven.png  Coating-Beispiel-Fliese1.png

... hab vorhin ausprobiert, wie dick/dünn ich in Graphit "Stiftchen" stehen lassen kann - hab' mit 100µm Durchmesser bis runter zu 20µ und bis 300µm Länge (bzw. in 0.3mm dicke Grahpit-Platte) und einem etwa 36µm großen Spot angefangen - da die Laserspot-Größe vom Durchmesser abgezogen werden muß, würden dann konische Stiftchen mit 70, 60, 50, 40, 30, 20, 10, (0), (-10) µm Durchmesser an der Spitze stehen bleiben.

Von 70 bis runter zu 40µm Dicke sind sie "reproduzierbar" ... darunter brechen sie bem Lasern aus - evtl. die Leistung mit 40% noch zu hoch, so daß sie mechanisch belastet werden und wegbrechen ... interessanterweise haben das ein paar wenige bei 10 und (0) µm überstanden! zumindest sind da ein paar noch in der vollen Höhe von um 200µm zu sehen (so schwarz in Schwarz schwierig unter dem Mikroskop zu betrachten, nur ein paar Staubkörnchen auf der jeweiligen Stift-Spitze, die zu sehen sind).

Muß mir die Mikroskopbeleuchtung raussuchen und etwas mit der Leistung spielen ... hat aber nicht so die hohe Priorität -- besser warten, bis die 6µm-Spot-Optik da ist

... hab heute nochmal kurz was ausprobiert - bei 20% Leistung ist das nicht ganz so "brutal" und bleibt auch deutlich mehr stehen (aktuell die Säulen/Kegelstümpfe von "70µm" bis runter zu "20µm" ... für "10", "0" und "-10" ist das immer noch zu heftig).

Allerdings sind das dann keine "Säulen", sondern eher steile "Kegel-Pyramiden".

Da das immer noch (wegen Schwarz auf Schwarz) nicht so gut zu sehen und zu fotografieren ist, habe ich hier eine ungefähre Skizze in Corel gemacht, um die Größenverhältnisse und Konturen darzustellen - der gelbe Ring symbolisiert den Laser in einem Umlauf, aus der unteren "Säule" mit 100µm Durchemsser wird dann ein "Kegel" mit um 70µm an der Spitze und um 150µm unten am Stumpf:

Lasergravieren - Skizze1.png

Um das mehr "senkrecht" zu bekommen, müßte ich mit viel weniger Leistung und auch viel öfter drübergravieren (hier um 15x bis 20x).

Hier das Video von ein paar mal drüber - https://www.youtube.com/watch?v=2UUN9wJkJm0

Was dabei aber auch gut ist -- das ergibt dann perfekte Konturen mit "Entformungsschrägen" für z.B. Spritzguß-Formen

... wo ich so über die "Kegel-Säulen" nachdenke - das sollte eine gute Basis für ein "Mikro-Magnet-Schach" abgeben.

Eine schwach magnetische Platte oder Gummi-Band (sowas habe ich da) ... im Raster der Spielfelder mittig je Feld so eine "Kegel-Säule" gravieren ... mit was (UV) aushärtendem auffüllen ... mit den jeweiligen "Farben" pro Feld beschichten/Laser-laminieren ...

Dann brauchts nur noch die Spielfigürchen mit eine Schicht Eisen in der Basis, damit die auf den "Magnet-Punkten" mit etwas konzentrierterem Magnetfeld fixiert werden

... wegen einer Frage zur Geometrie des "Test-Rasters" - die abzutragende Fläche ist 2x2mm und da drin 9x9 "Stifte" mit Durchmessern von Links nach Rechts von 100µm - 20µ ... bedingt des Laserspot-Durchmessers und der Schraffur zwischen den Konturen werden die Durchmeser an der Spitze jeweils um 30µm reduziert, also 70 - "-10" - die Winz-Stiftchen ganz rechts werden also komplett "verdampft". von der vorletzten Reihe mit rein rechnerisch Durchmesser "0" bleibt aber jeweils ein Kegelchen stehen:

Test-Raster 2x2mm.png

... um das mal "in Groß" auszuprobieren, habe ich vorhin ein "Magnet-Raster" gelasert.

Das ist aus einem 0.5mm dicken elastischen Magnet-Streifen herausgeschnitten und dann flächig graviert, wobei ein Raster von 8x8 0.5mm dicken "Magnet-Stiften" stehen bleibt.

Der Abstand der Magnet-Stifte ist 1.1mm, das gesamte Feld 10x10mm groß ... das spätere "Mini-Magnetschach" wird auf die Spitze von so einem Turm passen - Planung ist um 0.2x0.2 mm


Hier das Video - https://www.youtube.com/watch?v=1LIQbrkNk_0

Und das Ergebnis (auch am Ende des Videos eingefügt):

Magnetraster.png   Thu Oct 23 12-00-03.jpg

Die "Türmchen" sehen so "zerhackt" aus, weil ich nur die Schraffur gelasert habe, nicht die umlaufende Kontur - sonst wären die perfekt glatt, dafür dann eine Nut unten am Stumpf ... wenn ich das "ernsthaft" mache, dann für die Tiefe mit Kontur und nur die letzte Ebene ohne ...

*** EDIT *** -- da fällt mir noch was ein - diese "Magnet-Matten" wären auch ein perfektes Material für Stempel ... vor Allem für "magnetische" Farbe!