Mikrozerspanung Mikrofräsen filigraner Strukturen in Formeinsätzen

Autor / Redakteur: Dirk Biermann und Philip Kahnis / Bernhard Kuttkat

Bearbeitungsparameter, Werkzeugverschleiß und Werkzeugabdrängung beeinflussen die Hartbearbeitung von filigranen Strukturen in Formeinsätzen. Untersuchungen zeigen, dass eine Optimierung der Bearbeitungsparameter den Werkzeugverschleiß verringert und die Prozesssicherheit erhöht.

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Fünfachsiges Fräsen eines Formeinsatzes mit einem Werkzeugdurchmesser von 0,5 mm; bei der Fräsbearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern stellt die Werkzeugabdrängung ein Problem dar. Bild: ISF
Fünfachsiges Fräsen eines Formeinsatzes mit einem Werkzeugdurchmesser von 0,5 mm; bei der Fräsbearbeitung mit kleinen Werkzeugdurchmessern stellt die Werkzeugabdrängung ein Problem dar. Bild: ISF
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Mikrosystemtechnologie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts und ist inzwischen aus vielen Branchen nicht mehr wegzudenken. Der anhaltende Trend zur Verkleinerung technischer Produkte und Konsumgüter erfordert die Entwicklung neuer und die Weiterentwicklung vorhandener Technologien zur Herstellung mikrotechnischer Bauteile.

Mikrozerspanung wird immer wichtiger

Zur Fertigung dieser Bauteile in hohen Stückzahlen besitzen vor allem die ur- und umformenden Fertigungsverfahren eine besondere Bedeutung. Zur Herstellung der dafür benötigten mikrostrukturierten Formeinsätze kommen üblicherweise die Verfahren Mikrosenkerosion, Laserablation und Mikrofräsen zum Einsatz.

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Die Senkerosion zeichnet sich dadurch aus, dass hohe Aspektverhältnisse in elektrisch leitenden Materialien unabhängig von den mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs mit hoher Prozesssicherheit hergestellt werden können.

Senkerosion ermöglicht das Herstellen hoher Aspektverhältnisse

Der Vorteil der Laserbearbeitung liegt vor allem in der Möglichkeit, im Vergleich zum Fräsen und Erodieren geringere Strukturgrößen zu bearbeiten. Das Mikrofräsen zeichnet sich gegenüber diesen beiden Verfahren insbesondere durch eine höhere Geometriefreiheit, eine höhere Abtragsrate und bessere Oberflächenqualität aus.

Im Vergleich zur Senkerosion ergibt sich darüber hinaus durch die Einsparung der Zeit zur Herstellung der Elektrode eine Verkürzung der Prozesskette. Als nachteilig bei diesem Verfahren wirkt sich im Wesentlichen die geringere Prozesssicherheit bedingt durch Werkzeugverschleiß und die Gefahr des Werkzeugbruchs aus [1 und 2].

Die Miniaturisierung des konventionellen Fräsens weist nach wie vor Probleme auf

Für das Spritzgießen und vor allem für die Massivumformung ist der Einsatz verschleißbeständiger Formwerkzeuge aus Stahl erforderlich. Dabei kommen gehärtete Warm- oder Kaltarbeitsstähle zum Einsatz.

Zur Sicherstellung einer kurzen Prozesskette und zur Einhaltung der Genauigkeitsanforderungen müssen die Formen in gehärtetem Zustand bearbeitet werden, was insbesondere bei kleinen Werkzeugdurchmessern aufgrund des hohen Werkzeugverschleißes und der Werkzeugabdrängung eine große Herausforderung bedeutet.

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