Mikrokaltumfomung – Winzige Bauteile wirtschaftlich herstellen

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Abweichungen entstehen durch den Verschleiß der Umformwerkzeuge

Neue Ansätze dazu werden im SFB 747 untersucht, zum Beispiel die Erzeugung einer Massevorverteilung mit anschließendem Umformprozess. In einem Urformschritt wird hierbei das Ende eines stabförmigen Halbzeuges mit einem Laser aufgeschmolzen. Aufgrund der mit zunehmender Miniaturisierung steigenden Wirkung der Oberflächenspannung bildet der Schmelzenbereich eine nahezu kugelförmige Geometrie aus. Nach der Erstarrung kann diese Zwischenform in einem weiteren Prozessschritt durch einen Umformprozess in die Endgeometrie überführt werden. Die Umformung kann entweder im offenen oder im geschlossenen Gesenk stattfinden.

„Hersteller von Mikrobauteilen benötigen die Sicherheit, dass die produzierten Mikrobauteile die festgelegte Form und Größe besitzen. Abweichungen entstehen hierbei unter anderem durch den Verschleiß der Umformwerkzeuge“, erläutert Vollertsen eine weitere Problemstellung. Mit entsprechenden Messungen werden deshalb im Projekt die Reibung beim Umformprozess, der Einfluss auf den Prozess, der Verschleiß sowie Verschleißmechanismen und der Einfluss der Oberflächenstruktur untersucht.

Ein weiterer Forschungsbestandteil ist die Wärmebehandlung der erzeugten Bauteile, durch welche die Bauteileigenschaften günstig beeinflusst werden können. Hier forscht der SFB an einem Fallrohrofen, mit dem die Bauteile im freien Fall wärmebehandelt werden können. Die Aufheiz- und Abkühlzeiten der Bauteile sind aufgrund der geringen Größe so kurz, dass dieser Ansatz möglich ist.

Genauigkeit, Wirtschaftlichkeit und Funktionsverdichtung sind im Fokus

Für den Bereich der metallischen Mikrokomponenten wurden bisher die Entwicklung der individuellen Produktionsprozesse, die Herstellung der Halbzeuge und die Herstellung der für die Umformung notwendigen Werkzeuge voneinander unabhängig betrieben. Doch durch dieses sequenzielle Vorgehen ergeben sich bauteilbezogen vergleichsweise hohe Entwicklungs- und Produktionsanlaufkosten.

Der Sonderforschungsbereich 747 forciert deshalb eine komplexe Herangehensweise: Rund 70 Wissenschaftler aus den Fachbereichen Produktionstechnik, Physik/Elektrotechnik und Mathematik/Informatik untersuchen wesentliche Inhalte aus den Kompetenzfeldern Mikroumformverfahren, Werkstoffe, Werkzeuge, Kennwerte und Prozessgestaltung.

„Die Herausforderungen dabei sind die Genauigkeit, die Wirtschaftlichkeit und die Funktionsverdichtung“, fasst Vollertsen zusammen. Bei extrem hohen Stückzahlen müssen also gleichbleibend hohe Qualitäten erzielt werden. Die Produktionsprozesse müssen schnell und flexibel auf neue Anforderungen eingestellt werden können und selbst Mikrobauteile sollen mit mehr Funktionen ausgestattet werden.

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