Erfolgreiche Partnerschaft Mikrofräsen an 384 Bauteilsektionen auf 5 Mikrometer genau

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Der Werkzeug- und Formenbauer Quarder sollte ein Spritzprägewerkzeug für die Herstellung eines Bauteils aus der Mikrofluidtechnik fertigen. Die Anforderungen waren allerdings auch für Experten immens.

Der Werkzeugbau bei Erwin Quarder Systemtechnik aus Espelkamp stemmte einst ein anspruchsvolles Projekt mit intensiver Unterstützung des Zerspanungswerkzeug-Experten Moldino. Es ging dabei um hochkomplexe Konturbereiche, die kleinste Fräserdurchmesser erforderten, die Bearbeitung auf plus 5 Mikrometer genau – und das auch noch an 384 Messfeldern für einen mikrofluidischen Einweg-Probenträger namens Spechip. Hinzu kamen extrem lange Maschinenlaufzeiten. Mit diesem Spritzprägewerkzeug wird der Spechip aus transparentem Kunststoff gefertigt. Das Spritzprägen von Kunststoff verteilt den Druck auf die Schmelze besonders gleichmäßig. Das Bauteil hat dann im erstarrten Zustand sehr geringe Eigenspannungen, was bei optischen Anwendungen wichtig ist.

Über die 96 Probenkanäle im Spechip, zu denen jeweils vier Messkammern gehören, kann die Partikelkonzentration in Flüssigkeiten bis hin zur Molekülgröße automatisiert gemessen werden. Weil das Spechip-Verfahren auf der UV-Licht-Absorptionsmessung basiert, sind die optischen Eigenschaften des Probenträgers von hoher Bedeutung. In einem so kleinen Toleranzbereich zu fräsen, ist laut Quarder die eine Sache, aber das gleich an 384 verschiedenen Stellen zu managen, war für die Spezialisten schon eine echte Herausforderung. Hinzu kam, dass wegen der Komplexität und Dimension der Konturbereiche fast ausschließlich mit sehr kleinen Fräsdurchmessern unter 1 Millimeter zerspant werden musste.

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Es geht! Aber dann ist die Maschine monatelang blockiert

Nachdem die Konstruktion des Spritzprägewerkzeugs stand, galt es zunächst herauszufinden, wie lange diese diffizile Bearbeitung insgesamt dauern würde. Darum wurde zu Beginn ein kleines Testwerkstück mit nur sechs Probenkanälen plus den Messfeldern gefräst. Einmal als Demonstration, ob es überhaupt klappt, zum anderen, um die hierfür benötigte Zeit auf die Gesamtbearbeitungszeit hochrechnen zu können. Der Test verlief auf Anhieb erfolgreich, was nicht zuletzt der Unterstützung von Moldino geschuldet ist. Denn kurz vor dem Start des Spechip-Projekts wurde bei Quarder damit begonnen, die HSC-Bearbeitung (Hochgeschwindigkeitsbearbeitung) mit Fokus auf das hochgenaue Hartfräsen zunehmend aufzubauen. So sollte auch zu großen Teilen das Senkerodieren durch Fräsen ersetzt werden.

Hochrechnungen ergaben, dass Quarder für jede Werkzeughälfte 200 bis 300 Stunden veranschlagen mussten – also extrem viel Zeit. Weil die eigene Maschinenkapazität nicht so lange durch dieses Projekt blockiert werden sollte, wurde bei Fertigungsdienstleistern nachgefragt. Allerdings war jeder, der das Bauteil sah, sofort skeptisch. Denn es bedeutete schließlich, dass eine Maschine für ein bis zwei Monate dauerhaft belegt wäre. Also ist entschieden worden, das Spechip-Werkzeug in Espelkamp zu fertigen. Allerdings blockweise, damit die Maschine zwischendurch auch für andere Aufträge zur Verfügung stand.

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