Mikrotechnik für neue Marktsegmente

Digitale Kameras, Mobiltelefone und Abspielgeräte werden immer kompakter. Damit fallen auch die elektronischen Bauteile und Verbindungsstücke zunehmend kleinformatiger aus. Die im Bereich weniger tausendstel Millimeter liegenden Eckradien solcher Komponenten werden meist mit Senkerodiermaschinen (EDM) bearbeitet. Das Verfahren gilt hier als die Technologie der Wahl. „Um die hierzu erforderliche Präzision und Prozesssicherheit garantieren zu können, bedarf es allerdings hoch entwickelter Technik“, erklärt Anders Ingemarsson, Präsident der Holding Makino Europe GmbH in Hamburg. Seine Unternehmensgruppe hat auf den Bedarf des Markts reagiert und stellt mit der EDAC 1 eine neue Präzisions-Maschine vor. Vom 29. November bis 2. Dezember wird die Senkerodieranlage anlässlich der Frankfurter Design- und Formenbaumesse Euromold (Halle 8.0, Stand G163) erstmals gezeigt.

Bei Verfahrwegen von 220 mm x 180 mm x 220 mm in X-, Y- und Z-Achse bietet die EDAC 1 eine Gesamt-Bearbeitungsgenauigkeit von ± 2 µm, Oberflächengüten mit Ra-Werten von 0,06 µm sowie als kleinsten Eckradius 0,005 mm. Die maximale Höhendifferenz innerhalb von Grenzflächen liegt bei 1 µm. Sie wird sowohl zwischen geschliffenen und erodierten Flächen erreicht als auch zwischen EDM-bearbeiteten Flächen. Ein neu entwickelter Bearbeitungsschaltkreis ermöglicht Oberflächengüten von Ra = 0,06 µm für Wolframcarbid sowie von Ra = 0,065 µm in gehärtetem Stahl (1.2379). Dank optimierter Generatortechnik wurde die Oberflächengüte gegenüber den Vorgängermodellen damit um 0,2 µm verbessert.

Um solche Werte sicherzustellen, dürfe selbst schwache Wärmeentwicklung nicht ignoriert werden, führt Ingemarsson weiter aus. Ein ebenfalls neu entwickelter, so genannter Z-Achsen-Stabilisator umgehe über konstante Sprungbewegungen entstehende Wärme. Dadurch werde der Ausschlag der Z-Achse minimiert und die Tiefengenauigkeit der Senkerodiermaschine erhöht. Das in X-, Y- und Z-Achse eingebaute Linearwegmesssystem arbeitet auf 0,05 µm genau.

Aber auch Veränderungen der Umgebungstemperatur haben unmittelbaren Einfluss auf die Präzision und – fast wichtiger noch – auf die Prozessgenauigkeit und Wiederholtreue. Um durch externe Variablen bedingte Abweichungen zu vermeiden, hat Makino die Maschine in ein Gehäuse aus Wärme dämmendem Material gepackt. Die Temperatur wird außerdem durch Umluft gesteuert. Dadurch hat die EDAC 1 im Inneren eine konstante Temperatur von ± 0,5 °C. Ein Luftschleier an der Fronttür minimiert Schwankungen bei manuellem Betrieb. Weitere potenzielle Störgrößen wie die Stromversorgung oder die Pumpeneinheit greifen erst gar nicht: Beide sind komplett vom Maschinengehäuse getrennt.

Die Benutzerfreundlichkeit ist ein weiterer Faktor. So hat der Einfüllbehälter der EDAC 1 das für Makino typische Design. Die Oberfläche des Dielektrikums wird dadurch der Höhe des Werkstücks angepasst. Damit hat der Werker während der Bearbeitung selbst winzige Werkstücke bestens im Blick. Die Drucklufteinheit, das Filtrationssystem für das Dielektrikum, die Feuerspritze und andere Einheiten, die regelmäßig überprüft werden müssen, sind auf der rechten Seite der Maschine angeordnet. Sie sind samt und sonders leicht zugänglich und lassen sich einfach warten. Weiterhin zur Standardausrüstung gehören ein großer 15-Zoll-LCD-Monitor mit Touch-Panel nebst portabler Steuerkonsole für NC-Operationen sowie ein Ethernet-Port. Die Höhe des Monitors kann in vier Stufen je 30 mm verstellt werden.

Makino habe das Senkerodieren zwar nicht erfunden, sagt Europa-Chef Anders Ingemarsson, die Unternehmensgruppe entwickle und produziere jedoch seit über 30 Jahren CNC-Maschinen für dieses Fertigungsverfahren. Dies habe der Markt anerkennend registriert. Ihrer Präzision wegen und der Möglichkeit, hochwertige Oberflächen zu fertigen, würden die Maschinen weltweit geschätzt. Allerdings spielten auch das Design und die Bearbeitungsqualität in der Mikronfertigung wie auch im Formenbau eine bedeutende Rolle.

Das im oberen Bild gezeigte Werkstück verdeutlicht, mit welcher Tiefenpräzision die EDAC 1 arbeitet. Beide Enden wurden zuerst geschliffen und poliert. Sie sind die Referenzoberflächen. Die mittleren Abschnitte wurden danach sieben Mal funkenerosiv bearbeitet. Dabei wurden maximal ± 1 µm Abweichung zwischen poliertem Boden und erodierten Oberflächen sowie zwischen zwei erodierten Flächen erzielt.

Wolfgang Filì Journalist in Köln

Wo elektronische Komponenten immer kleinformatiger werden, miniaturisiert sich die Fertigungstechnik nicht allein, sondern werden auch ganze Verfahren – etwa das Schleifen – ersetzt oder im Mix eingesetzt. Makino’s neue Senkerodiermaschine EDAC 1 ist Teil dieses Trends. Mit einer Tiefenpräzision von bis zu 1 µm, hochgenauen Oberflächen und ± 2 µm Gesamtpräzision bietet sie sich sowohl im Werkzeugbau an, als auch in der Fertigung von Mikroteilen.