Mikro-Wasserstrahlschneiden Der spritzig-schonende Weg zum Mikrobauteil

Redakteur: Peter Königsreuther

Wenn es um 2D-Mikrobauteile geht, nutzen viele das Drahterodieren oder den Laser. Beide Prozesse können aber das Werkstückmaterial verändern. Deshalb lohnt der Blick aufs Mikro-Wasserstrahlschneiden.

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Sie wollen so kleine Komponenten aus fast allen Materialien, ob hart oder weich, präzise und materialschonend fertigen? Dann lohnt sich der Griff zur Mikrowasserstrahl-Schneidanlage von STM.
Sie wollen so kleine Komponenten aus fast allen Materialien, ob hart oder weich, präzise und materialschonend fertigen? Dann lohnt sich der Griff zur Mikrowasserstrahl-Schneidanlage von STM.
(Bild: M. Fritzenwallner / STM)

Was das Wasserstrahlschneiden generell charakterisiert ist seine Flexibilität bezüglich der bearbeitbaren Materialien, und dass es relativ umweltschonend ist, ruft STM Waterjet in Erinnerung. Viele verknüpfen damit aber nur Anwendungen für mittelgroße bis sehr große Bauteile. Doch, betont STM, kann man mit dem Wasserstrahl auch filigrane Bauteile herstellen. Das Mikro-Wasserstrahlschneiden, oder internationaler gesagt, Micro Cutting, sei aber ein noch relativ junger Bereich aus diesem Fertigungssektor, der erst knapp über 10 Jahre besteht, sich aber rasant entwickelt habe.

Im Vergleich zu herkömmlichen Wasserstrahlschneiden kann man natürlich noch höhere Präzisionen erreichen und noch kleinere Stegbreiten an Bauteilen einplanen. Mittlerweile, betont STM, hat ein Mikrowasserstrahl nur noch einen Durchmesser von 0,2 mm. Wird seine Bewegung auch noch hochgenau gesteuert, erreiche man je nach Material und Werkstückstärke Teilegenauigkeiten, die bei unter 0,01 mm lägen. Speziell bei komplexen Geometrien spielt der Mikrowasserstrahl mit seinem geringen Schneidspalt daher seine Stärken aus. Die Einsatzgebiete erstrecken sich deshalb mittlerweile von der Medizintechnik über die Optik bis hin zur Herstellung von feinsten Uhrenkomponenten.

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Nichts geht über Erfahrung, die in Produktionssystemen steckt

STM Waterjet aus Österreich, ein bekannter Anbieter von Wasserstrahl-Schneidanlagen, hat das Mikro-Wasserstrahlschneiden maßgeblich geprägt, heißt es. Das Unternehmen kann mit Fug und Recht als Pionier auf diesem Sektor bezeichnet werden. Und wer so lange dabei ist, der hat einen wertvollen Erfahrungsschatz angesammelt, der auch den Anwendern zugute kommt – auch wenn es sich um eine recht junge Disziplin handelt. Und wenn man es richtig macht, die passenden Komponenten integriert und sonst alles stimmt, wenn die Systeme vom Experten kommen, kann man beim Mikro-Wasserstrahlschneiden mit der 10-fachen Geschwindigkeit schneiden als beim „großen“ Wasserstrahlschneid-Prozess, merkt STM an.

Speziell die hohen Anforderungen an die Präzision, wenn es um wenige Millimeter messende Produkte geht, erfordert das perfekte Zusammenspiel mehrerer Faktoren. Einerseits ist das Know-how im Setup der Schneidparameter und der Werkstück-Aufspannung essentiell, andererseits braucht eine solche Anlage ein hochpräzises Positionierungssystem und sollte einfach zu bedienen sein. Nur dann hat man beim Wasserstrahlschneiden von Mikrobauteilen keine Probleme, betont STM.

Wasserstrahlschneiden entpuppt sich oft als günstigere Methode

Das klassische Wasserstrahlschneiden in Kombination mit der Mikro-Wasserstrahlvariante lässt Neues entstehen. Denn die schneidbare Werkstückvielfalt beinhaltet dann alle nicht-wasserlöslichen Materialien, zu denen auch die Verbundwerkstoffe (faserverstärkte Composites) zählen, macht STM klar.

Das Wasserstrahlschneiden ist außerdem ein kalter Prozesse, weshalb im Gegensatz zu den anderen genannten Schneidverfahren, wie EDM (Erodieren) oder dem Faserlaserschneiden, keine Gefügeveränderung am Material droht, die das Bauteil deformieren kann. Die Schnittkantenqualität sei außerdem so gut, dass man von einer Nacharbeit absehen könne. So ist das Schneiden mit reinem Wasser unter Hochdruck von bis zu 4000 bar für Kunststoffe, Schaumstoff, Kork, et cetera möglich. Und unter Beigabe von Abrasivsand wird auch das Schneiden harter Materialien, wie Metalle, Keramik, CFK, GFK oder Glas ermöglicht.

Durch das schnelle und unkomplizierte Aufsetzen von Schneidprogrammen per STM-Smartcut-CAD/CAM-Software eignet sich der besondere Schneidprozess außerdem sehr gut für die Lösung von Aufgaben aus dem Prototyping, führt STM weiter aus.

Beim Wasserstrahlschneiden gebe es außerdem keine schädlichen Emissionen, was das Umweltschutzbestreben der Industrie unterstütze. Verglichen mit anderen Schneidverfahren, ist eine Wasserstrahl-Schneidanlage in der Regel die günstigere Alternative, was sich natürlich im Endeffekt auf den Teilepreis auswirkt. Damit steigt also die Wettbewerbsfähigkeit.

Mit der richtigen Ausstattung bleibt fast nichts zu wünschen übrig

Alle oben genannten und noch weitere Anforderungen für hochpräzise Schneidaufgaben erfülle die Anlage namens Microcut von STM. Sie verfügt deshalb über einen, wie es heißt, ultrarobusten Rahmen und ihre Basis stellt eine massive, schwingungsdämpfende Granitkonstruktion dar. Ein Positionierantrieb mit direktem Wegmesssystem erreicht eine Positioniergenauigkeit von ± 2,5 µm.

Die Maschinen ist umhaust. Ihre Schutztür ist motorgetrieben. Das sorge für ein maximales Sicherheitsniveau und einen besonders leisen Betrieb. Die Abrasivversorgung ist auf Sparsamkeit getrimmt, führt STM weiter aus, und ist ebenso in die Microcut integriert, wie der Hochpräzisions-Spannrahmen und die dynamische agierende NC-Maschinensteuerung. STM bietet alle Gesamtpakete übrigens mit einer wirtschaftlich arbeitenden Hochdruckpumpe an.

Nicht unerwähnt bleiben, darf der spezielle, robuste sowie präzise agierende STM-Schneidkopf bleiben, meint der Hersteller. Denn er erlaubt die einfache Wartung. Außerdem kann die Microcut auch mit der sogenannten STM-TAC-Technik arbeiten. Diese sorgt durch einen automatischen Winkelfehlerausgleich dafür, dass stets perfekt rechtwinklige Schnittkanten das Mikrobauteil aufwerten.

Die Einsatzgebiete des Mikro-Wasserstrahlschneidens, wie es von STM angeboten wird, betreffen außerdem optische Gläser, feinmechanische Komponenten, Federn sowie Implantate und Titanzuschnitte für die Medizintechnik.

Überall wo Bauteile kompakter, leichter und effizienter werden müssen, entstehen potenzielle neue Anwendungsgebiete für das Mikro-Wasserstrahlschneiden, egal ob als Produzent oder Lohnschneidbetrieb.

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