Mikrofräsen Glänzende Aussichten für die Mikromaterialbearbeitung

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Was haben Airbags, Mikrodosierpumpen oder Mikrosensoren gemeinsam? Alle enthalten Teile mit Dimensionen oder Strukturen im Mikrometer- oder im Nanometerbereich. Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung prognostizieren Marktforscher der Mikrotechnik zweistellige Wachstumsraten.

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Von A wie Anlagenbau bis Z wie Zulieferer – es gibt kaum eine produzierende Branche, wo die Mikrosystemtechnik nicht relevant ist. „Unter Mikrotechnik lassen sich als wichtigste Produktgruppen sensorische, optische, aktorische und fluidische Komponenten subsumieren“, erläutert Dr. Thomas Weisener, Vorsitzender der Fachgruppe Micro Technology im VDMA. Wenn man sich die Struktur der Branche anschaut, dann handelt es sich vorwiegend um innovative kleine bis mittlere Unternehmen oder neu entstandene Abteilungen großer Unternehmensgruppen. „Der Markt wächst bei beiden Gruppen durch die Einführung kleiner werdenden Komponenten oder durch völlig neue Produkte“, so Weisener. Das jährliche weltweite Wachstum der Mikrotechniken prognostizieren Fachleute auf 10 bis 20%; das Marktvolumen soll im Jahr 2010 die 10-Mrd.-Euro-Grenze übersteigen.

Mehr als 1500 kleine und mittlere Unternehmen hierzulande mit rund 50 000 Beschäftigten, so schätzen Experten, produzieren feinmechanische und optische Bauteile, die zunehmend miniaturisiert werden. Im internationalen Vergleich haben deutsche Unternehmen die Nase vorn, wie Ekkehard Alschweig, Geschäftsführer der Kern Micro- und Feinwerktechnik GmbH & Co. KG in Eschenlohe, konstatiert: „In der Mikrotechnik steht Deutschland an der Spitze und wird seine Position auch langfristig behaupten können.“

Abhängig vom Werkstück werden für die Mikro- und Ultrapräzisionsbearbeitung unterschiedliche Fertigungsverfahren angewandt. Jedes Verfahren hat seine Stärken und Schwächen. „So können Oberflächen, die durch Diamantdrehen hergestellt wurden, mit dem Ionenstrahl noch deutlich verbessert werden, beispielsweise hinsichtlich der Reflexionseigenschaften, und die Formgenauigkeit beim Diamantdrehen ist deutlich besser als beim Lasern“, erläutert Heiko Klawitter, Geschäftsstellenleiter des Competenz Centrums Ultrapräzise Oberflächenbearbeitung e. V. in Braunschweig.

„Mit dem Laser können in idealer Weise Strukturen für Design, Tribologie oder andere Funktionen auf kleinen und großen Oberflächen eingebracht werden, und zwar mit hoher Präzision und Geschwindigkeit“, schwärmt Kristian Arntz, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie in Aachen. Als weitere Vorteile des Lasers nennt er vor allem die verschleißfreie Bearbeitung und die große Materialfreiheit.

Freilich, dem Laser setzt die Physik relativ enge Grenzen, wie Dr. Rudolf Weber, Leiter Verfahrensentwicklung am Institut für Strahlwerkzeuge der Universität Stuttgart, erläutert: „Es können keine Strukturen generiert werden, die deutlich kleiner sind als die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts.“ Als typische Wellenlängen für industrietaugliche Laser nennt er 10 µm bei CO2-Lasern und 1 µm bei Festkörperlasern. Laser mit kürzerer Wellenlänge gibt es zwar, aber sie werden noch nicht in größerem Umfang eingesetzt. „Eine weitere Grenze“ so Weber, „ist das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser beim Bohren, wird es zu groß, kann das verdampfte Material nicht mehr entweichen.“ Tiefe-zu-Durchmesser-Verhältnisse von 10:1 seien allerdings problemlos erreichbar.

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