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Die Zukunft im Blick.


Stefan Kunz, Gruppenleiter Mikrofunkenerodieren Fraunhofer ICT-IMM, spricht im Interview mit der Profil-Redaktion über seine langjährigen Erfahrungen in der Mikrobearbeitung. Ein Thema, das zukunftweisend ist.

Ausgabe 02 // 2014

Die Zukunft im Blick. Ein Gespräch mit Stefan Kunz.

Interview Fraunhofer ICT-IMM

 

Stefan Kunz, Gruppenleiter Mikrofunkenerodieren Fraunhofer ICT-IMM, spricht im Interview mit der Profil-Redaktion über seine langjährigen Erfahrungen in der Mikrobearbeitung. Ein Thema, das zukunftweisend ist.



Herr Kunz, stoßen Sie angesichts Ihrer tief greifenden Erfahrungen in der Mikrobearbeitung heute noch auf Herausforderungen?

 

Kunz: Herausforderungen bleiben nie aus. Sie bestehen darin, den Ansprüchen des Marktes gerecht zu werden und dabei immer wieder mit der aktuellen Maschinentechnik an Grenzen zu stoßen. Herausforderung heißt also, stets in Grenzbereichen zu agieren und die Maschinen den Wünschen des Marktes entspre­chend weiterzuentwickeln.

 

Erreichen Sie unter diesen Voraussetzungen reproduzierbare Lösungen für stabile Fertigungsprozesse?

 

Kunz: Als Basis brauchen wir eine zu­verlässige Maschinentechnik. Außerdem Spannmittel, qualitativ hoch­wertige Elektroden mit hoher Maßhaltigkeit sowie stabile Einstellparameter, damit die Maschinen über den gesamten Prozess gleichmäßige Ergebnisse liefern. Wesentlichen Einfluss hat aber auch der Bediener, der nach meiner Erfahrung 50 Prozent der Qualität ausmacht.

 

Es geht ja bei Fertigungsprozessen nicht nur um Qualität. Betrachten Sie jeweils die Wirtschaftlichkeit eines Verfahrens?

 

Kunz: Selbstverständlich, doch im Rahmen von Entwicklungen können neben den Prozessen und der Wirtschaftlichkeit Fortschritte in der Humanmedizin wichtig sein.
Existiert keine andere Methode und ein Bauteil wird unbedingt benötigt, treten ökonomische Faktoren in den Hintergrund.

 

Stefan Kunz, Gruppenleiter Mikrofunkenerodieren Fraunhofer ICT-IMM, im Gespräch mit der Profil-Redaktion
Stefan Kunz, Gruppenleiter Mikrofunkenerodieren Fraunhofer ICT-IMM

 

Mit welchen Fortschritten in der Mikro­bearbeitung ist denn zu rechnen?

 

Kunz: Wir haben den Anspruch, Bohrungen kleiner als zehn Mikrometer sowie Extremtiefen zu realisieren. Darüber hinaus geht es uns darum, die Prozesszeiten zu reduzieren. Zudem muss bei extrem kleinen Bohrungen die Qualität stimmen. Erreichbar sind diese Ziele in einem Zusammenspiel aus Geräten und Komponenten. Schön wäre es, wenn die Maschinenhersteller durch Anpas­sun­gen an solche Prozesse Potenziale freilegen würden. Natürlich gibt die Physik Grenzen vor, etwa hinsichtlich der Festigkeit. Ein Problem, das sich eventuell mit neuen Materialien umgehen ließe.

 

Verraten Sie unseren Lesern, welche Themen Sie zurzeit interessieren?

 

Kunz: Momentan modifizieren wir Senkerodierma­schinen noch gezielter für die Mikrobearbeitung. Hierbei käme es uns entgegen, wenn Mitsubishi Electric die Generatortechnik sowie die Antriebs- und Regelungstechnik der Maschinen im Hinblick auf die Mikrobearbeitung optimieren würde. In dem Fall könnten wir, zum Beispiel in Kombination mit der Vibrationsbohrspindel Sonodrive 300, die Prozessgrenzen neu definieren.

 

Ihr Institut ist das erste gewesen, das mithilfe von Senkerodieren einen Härteprüfstift für den Mikrobereich entwickelt hat, um damit Prozess­schritte zu eliminieren. Was ist darunter zu verstehen?

 

Kunz: Ein Härteprüfstift ist ein formgenauer Taster mit sehr engen Toleranzen und einer Anschrägung an der Spitze. Stellen wir Härteprüfstifte durch Funkenerosion her, können wir einen härteren Werkstoff verwenden und, anders als beim Mikro­formschleifprozess, jeweils identische Ergebnisse erzielen. Insofern profitieren die Kunden davon, dass sie ihre Messgeräte, selbst wenn der Taster abbricht, nur einmal kalibrieren müssen.

 

Ein Alleinstellungsmerkmal von Ihnen im Bereich der Mikrobauteile ist ein Doppelmesstaster, den Sie sogar auf einer Aufspannung produzieren. Was ist das Besondere an dieser Lösung?

 

Kunz: Wir fertigen diesen Doppelmesstaster durch erosives Mikrodrehen an. Die Herausforde­rung hat darin bestanden, eine qualitativ hochwer­tige Spezialvorrichtung konstruieren zu müssen. Diese verfügt über zwei Messkugeln, die Klein- bis Mikrogewinde auf einer Drahterodiermaschine mit rotierender Spindel vermessen und kontrollie­ren. Dabei sollte nicht nur das Gewinde, sondern auch das Messmittel maßhaltig sein. Die Formgenauigkeit der Kugeln beträgt 0,98 bis 1,1 Mikro­meter. Die Resultate sind reproduzierbar.

 

Können Sie bitte erläutern, wie das erosive ­Mikrodrehen funktioniert?

 

Kunz: Beim erosiven Mikrodrehen rotiert das Werk­stück in einer Standard-Drahterodiermaschi­ne an einer zusätzlichen Achse, die quer zum aufgestellten Draht positioniert ist. Am Bauteil ent­stehen keine mechanischen Kräfte. Auf diese Weise lassen sich äußerst kleine Komponenten mit sehr eng reproduzierbaren Ergebnissen anfertigen. Der Vorteil liegt − verglichen mit spanenden Prozessen − in einer höheren Schnittqualität. Abgesehen davon kann man mit diesem Verfahren härtere Metalle bearbeiten. Selbst Hinterschnitte sind möglich, was mit spanenden Verfahren undenkbar wäre. Zumal Bauteile mit 20 bis 30 Mikro­meter Durchmesser − ein menschliches Haar ist 40 bis 120 Mikrometer dick − sich nicht mehr sicher schleifen, drehen oder fräsen lassen. Wegen der eingebrachten Werkzeugkräfte brächen sie sofort ab.

 

Wie haben Sie es eigentlich geschafft, auf einer Drahterodiermaschine von Mitsubishi Electric Oberflächenrauigkeiten von 0,03 Mikrometer zu erzielen?

 

Kunz: Die Lösung hat im Wesentlichen aus Optimierungen der Einstellparameter sowie der ge­sam­ten Fertigungsstrategie bestanden. Sie beruht auf der Anzahl der Nachschnitte und der Abstimmungen der einzelnen Nachschnitte aufeinander im Hinblick auf die Parametrierung und den Offset.

 

Aufschlussreich wäre es auch, zu erfahren, ob die Mikrofunkenerosion schon Eingang in die Serienproduktion gefunden hat?

 

Kunz: Ein Beispiel für ihren Einsatz ist die Medi­zin­technik. Im klassischen Maschinenbau geht der Trend in gewissen Fällen in Richtung kleinerer Kom­ponenten. Eine starke Verbreitung wird es dort jedoch nicht geben – aber Unternehmen, die sich auf die Fertigung von Mikroteilen spe­zialisieren.

 

Für das Mikro-Drahterodieren benötigen Sie ­sicherlich einen speziellen Draht, der dünner ist, als der, mit dem man normalerweise schneidet?

 

Kunz: Ja, wir schneiden auf einer Drahterodiermaschine von Mitsubishi Electric mit einem Draht­durchmesser von 0,05 Millimeter. Ein Verfahren, das eine hohe Flexibilität der Maschine voraussetzt.

 

Sie haben bereits die Sonodrive 300 angesprochen. Für welche Senkerodieraufgaben haben Sie diese Vibrationsspindel entwickelt?

 

Kunz: Bohrspindeln werden beim Mikrobohren verwendet. Die Sonodrive 300 Vibrationsspindel bietet eine hohe Präzisionsrotation und zusätzlich den Vorteil der hochfrequenten Vibration. Infolge­dessen ermöglicht sie gegenüber herkömmlichen Spindeln eine Zeitersparnis von 40 bis 50 Prozent. In Versuchsreihen haben wir sogar eine verkürzte Bearbeitungszeit von bis zu 60 Prozent nachgewiesen. Außerdem erübrigt das Verfahren die Rotation der Z-Achse sowie konventionelle Bohrspindeln und es erleichtert, abgetragene Par­tikel aus dem Bohrloch zu entfernen.
Die Sonodrive 300 ist für Anwender interessant, die mikrostrukturierte Präzisionsbauteile durch Senkerosion in hohen Stückzahlen fertigen. Wir setzen die Vibrationsspindel in der Senkerodiermaschine auch in Verbindung mit einer Drahterosionsvorrichtung ein, um Elektroden für den Mi­kro­bereich herzustellen.

 

Was unterscheidet die Sonodrive 300 Vibrations­spindel von der Vibrationseinheit MicroVibe300?

 

Kunz: Die MicroVibe300 verfügt nur über die Vibra­tion in der Z-Achse. Wir haben sie für schwie­rige Erosionsbedingungen konzipiert, wobei der Aspekt auf der frontalen Wirkfläche der Elektrode zur Einsenktiefe liegt. Mit dieser Vibrationseinheit lassen sich kleine Strukturen sehr tief einsenken. Zudem konnten wir durch den Einsatz der ­MicroVibe300 die Prozesszeiten halbieren – und das bei optimierten Referenzbearbeitungen.

 

Mit der Vibrationseinheit MicroVibe300 senkt das Fraunhofer ICT-IMM kleine Strukturen sehr tief ein.
Mit der Vibrationseinheit MicroVibe300 senkt das Fraunhofer ICT-IMM kleine Strukturen sehr tief ein.

 

Für unsere Leser, die ja oft mit Erodiermaschinen von Mitsubishi Electric arbeiten, wäre es interessant zu erfahren, inwieweit die Anwen­der von der engen Kooperation zwischen Ihnen und Mitsubishi Electric profitieren?

 

Kunz: Wir vom Fraunhofer ICT-IMM evaluieren diese Maschinen und versuchen Probleme aufzuzeigen, um sie noch vor der Markteinführung beheben zu können. Daraus resultieren auch für die Kunden von Mitsubishi Electric klare Vorteile.

 

Herr Kunz, die Profil-Redaktion bedankt sich für das Gespräch.

 

www.imm.fraunhofer.de




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