Optimierte Werkzeuge treiben die Mikrosystemtechnik voran

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Leibniz Universität Inst. für Fertigungstechnik u. Werkzeugmaschinen (IFW)

TU Braunschweig Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Der Fokus bei den Untersuchungen zum Mikrofräsen lag auf der Bearbeitung von duktilen Nichteisen-Metallen. Zur Ermittlung von Prozessgrundlagen und zur Bestimmung der technologischen Möglichkeiten beim Mikrofräsen wurden Hartmetallwerkzeuge sowie Fräswerkzeuge aus monokristallinem Diamant eingesetzt. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass es bei den Hartmetallwerkzeugen bei Vorschüben kleiner als fz = 1 µm nicht mehr zu einer korrekten Spanbildung kommt. Grund dafür ist der vorhandene Schneidkantenradius von etwa 1 µm.

Stege mit einer Wanddicke von 8 µm können gefertigt werden

Die Wahl von optimierten Einstellgrößen ermöglicht es, mit unbeschichteten Hartmetallfräsern ohne Zuhilfenahme von Stützwerkstoffen Stege mit einer minimalen Wandstärke von 18 µm ohne Beschädigung zu fertigen. Bei der Verwendung von Diamantwerkzeugen können Stege mit Wandstärken bis hinunter zu 8 µm gefertigt werden.

Aufgrund der sehr hohen Schneidkantenschärfe des Diamantwerkzeuges ergibt sich auch für sehr kleine Vorschübe von nur fz = 0,5 µm eine korrekte Zerspanung des Werkstoffes. Die geringen Festigkeiten der duktilen Werkstoffe Messing und Aluminium erlauben die problemlose Herstellung von Nuten bis minimal 100 µm durch den Einsatz von Hartmetallschaftfräsern. Bild 6 zeigt eine Übersicht über die Formvielfalt der gefrästen Mikrostrukturen.

Das Mikrofräsen wurde weiterhin um das Prozesswissen zur Bearbeitung neuer Materialien erweitert. Über die derzeit in der Mikrosystemtechnik durch Mikrofräsen bearbeitbaren Werkstoffe hinaus wurden Untersuchungen zur Strukturierung von Titan- und Nickelbasislegierungen [4] sowie zur Strukturierung von weichmagnetischen Schichten (NiFe) durchgeführt.

Literatur:

[1] Falkenberg, Y.: Elektroerosives Schärfen von Bornitridschleifscheiben. Dissertation Universität Hannover 1998.

[2] Reichstein, M.: Schleifbearbeitung miniaturisierter Bauteile. Dissertation Leibniz-Universität Hannover 2008

[3] Hoffmeister, H.-W., und M. Hlavac: New Drilling Tools for the Manufacturing of Micro-Holes in hard and brittle Materials. In: Proceedings of the 6th Euspen International Conference. Baden/Austria: Euspen, 28. Mai bis 1. Juni 2006, S. 256-259.

[4] Hoffmeister, H.-W., und M. Hlavac: Micro-Milling of Titanium and Nickel-Base Alloys. In: Proceedings of the 6th euspen International Conference. Baden/Austria: Euspen, 28. Mai bis 1. Juni 2006, S. 124-127.

Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena ist Leiter des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz-Universität Hannover; Dipl.-Ing. Jens Koehler ist Leiter der Abteilung Schleiftechnologie und Dipl.-Ing. Dennis Hahmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut; Dr.-Ing. Hans-Werner Hoffmeister ist Leiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der TU Braunschweig; Dipl.-Ing. Ronald Wittmer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut. Diese Arbeiten wurden im Sonderforschungsbereich 516 „Konstruktion und Fertigung aktiver Mikrosysteme“ im Teilprojekt B 3 „Spanende Mikrofertigung“ durchgeführt.

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