Strukturgrößen unter 10 µm wirtschaftlich mikrozerspanen

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Mit den Mikroschleifstiften wurde ein Ultrafeinstkorn-Hartmetall DKI460UF bearbeitet. Die Werkzeuge hatten dabei einen Durchmesser von etwa 30 µm und waren mit Diamantkörnung in einer Nickelbindung belegt. Die Resultate in Bild 5 zeigen, dass es möglich ist, mit diesen Werkzeugen Hartmetall mit einer sehr guten Oberflächenqualität im Grabengrund und einer sehr guten Kantenschärfe am Grabenrand zu bearbeiten.

Mikroschleifstifte erzeugen keine Grate an den Kanten

Weil die Wolframkarbidkörner vom Hartmetall nicht ausgebrochen, sondern direkt geschnitten werden, entstehen keine Grate an den Kanten. Der Mittenrauwert Ra der Oberfläche im Grabengrund beträgt rund 10 nm. Weiterhin wurde eine Mikrostruktur zum Massennachweis aus Quarz (Mikrowaage) geschliffen. Diese hat eine Höhe von 62 µm, eine Breite von 18 µm und eine Länge von 36 µm (Bild 5).

Die Herstellung von mikrotechnischen Komponenten und Strukturen stellt hohe Anforderungen an das Fertigungsverfahren, die Maschinen und die eingesetzten Werkzeuge. Um den Anforderungen gerecht zu werden, wird am Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) an der Universität Kaiserslautern die spanende Mikrobearbeitung erforscht.

Im Zuge dessen werden Mikrowerkzeuge, Präzisionsmaschinen und ihre Kernkomponenten, wie zum Beispiel Hochfrequenzspindeln, Spannsysteme und Beschichtungseinrichtungen zur Herstellung und zur Anwendung von Mikrozerspanwerkzeugen mit kleinsten Durchmessern, entwickelt und aufgebaut. Die vorgestellten Maschinen, Werkzeuge und Verfahren ermöglichen eine hochpräzise Fertigung von komplexen dreidimensionalen Mikrostrukturen und Freiformflächen in nahezu beliebigen Materialien.

Mikroschaftwerkzeuge sind aus Ultrafeinstkorn

Der Einsatz von Mikroschaftwerkzeugen aus Ultrafeinstkorn-Hartmetall zum Schleifen und Fräsen von komplexen Geometrien zeigt, dass Strukturen in einer Größe von unter 10 µm herstellbar sind. Mit den beschriebenen Werkzeugen können zum einen duktile Werkstoffe wie Titan zum anderen sprödharte Werkstoffe wie Quarz, Glas, Keramik, Hartmetall oder gehärtete Stähle bearbeitet und strukturiert werden. Neben der Entwicklung neuer Maschinentechnologien und noch kleinerer Werkzeuge werden die bestehenden Maschinen und Werkzeuge in ihren Eigenschaften untersucht und verbessert.

Prof. Dr.-Ing. Jan C. Aurich ist Inhaber des Lehrstuhls für Fertigungstechnik und Betriebsorganisation (FBK) der Universität Kaiserslautern; Dipl.-Ing. Michael Walk, Dipl.-Ing. Jan Engmann und Dipl.-Ing. Guido M. Schueler sind wissenschaftliche Mitarbeiter am Lehrstuhl.

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