In der Fertigungsindustrie sowie bei technischen Produkten dienen perforierte Oberflächen unter anderem zur Separation, Trocknung und Filtration von festen oder flüssigen Stoffen. Damit ist diese Form der Oberflächenbearbeitung häufig entscheidend für das zu produzierende Endprodukt beziehungsweise den späteren Verwendungszweck.
Fürs Durchbohren von Werkstücken, die eine große Anzahl reproduzierbarer Löcher benötigen, eignet sich der Elektronenstrahl in besonderem Maße. Der Strahl durchbohrt das Material, sodass präzise Mikro-Öffnungen von bis zu 60 µm entstehen. Deshalb wird dieser Prozess auch Mikrobohren genannt.
Explosionsartiger Austritt der Schmelze
Um die Löcher entstehen zu lassen, erfolgt jeweils ein kurzer Energieeintrag mit dem Elektronenstrahl. Die dadurch resultierende Dampfkapillare kann sich über die vollständige Materialdicke bis zur Unterlage erstrecken. Üblicherweise verschließt sich diese Art der Kanalbildung nach dem Abschalten des Strahls sofort wieder. Um das zu verhindern, wird ein verdampfungsfähiges Material als Unterlage verwendet. Dadurch wird die entstandene Schmelze explosionsartig aus der Kapillare ausgetrieben und der gewünschte Kanal bleibt erhalten. Beim Austritt der Schmelze entsteht ein 5 bis 10 µm hoher Grat an der Oberseite des Materials, der durch nachträgliches Schleifen unkompliziert entfernt werden kann.
Dieses Bohr-Verfahren erlaubt Löcher mit zylindrischen bis konischen Formen und einem Durchmesser von 0,06 bis 1,1 mm. Aber auch verschiedene Lochkombinationen und geometrisch flexible Öffnungen sind möglich. Dabei entsteht – im Gegensatz zum Laser-Verfahren – lediglich ein geringer Wärmeeintrag, der dank der hohen Energiedichte der Elektronen, gleichzeitig nur an einer definierten Stelle erfolgt. Das verhindert einen Verzug des Werkstücks.
Sämtliche Metalle bearbeitbar
Ein wesentlicher Vorteil des Elektronenstrahls ist die Fähigkeit sämtliche metallische Werkstoffe inklusive Titan sowie thermisch hochbelastbare Legierungen – mit einer Dicke von bis zu 6 mm – bearbeiten zu können. Daneben schafft der Strahl auch das Durchbohren von leitender Keramik. Und auch in puncto Geschwindigkeit überzeugt die Elektronenstrahltechnologie. „Wir können bis zu 3000 Öffnungen pro Sekunde bohren“, erklärt Thorsten Löwer, CTO bei Pro-Beam. Er ergänzt: Zudem sei mit dem Verfahren ein regelmäßiger Lochabstand sowie bis zu 25 % offener Fläche möglich. Bei einer Fläche von 1 m2 schafft der Elektronenstrahl bis zu 25 Mio. Löcher.
Beim Mikrobohren setzt das Unternehmen, ebenso wie bei seinen anderen Elektronenstrahl-Lösungen, auf die Automation, sodass alle Prozessparameter vollständig elektronisch mess- und regelbar sind. Das führt zu einer schnellen, präzisen und reproduzierbaren Perforation von Werkstücken und vereinfacht die Produktion großer Stückzahlen. Diese Vorteile machen das Elektronenstrahlbohren zu einer effizienten und kostengünstigen Technik beim Herstellen von Industriefiltern, -sieben und Schleuderscheiben.
Elektronenstrahl verhindert kostenintensive Standzeiten bei Glaswollproduktion
Letztere finden unter anderem für die Produktion von Glaswolle Verwendung. Die Schleuderscheiben spielen daher eine zentrale Rolle bei der Dämmmittelproduktion und müssen hohen Temperaturen standhalten. Um dies zu gewährleisten, werden sie aus thermisch hochbelastbaren Legierungen gefertigt. Deren mechanische Bearbeitung ist jedoch sehr schwierig und entsprechend unwirtschaftlich.
Bis zu fünf Schleuderscheiben zugleich
Hier kommt die Elektronenstrahltechnologie von Pro-Beam ins Spiel: Sie ermöglicht präzise Löcher bis zur gewünschten Tiefe und kann auch Hartlegierungen auf Cobalt-Nickel-Basis, die einer höheren Verschleißbelastung standhalten, effektiv bearbeiten. Das verlängert die Lebensdauer der Schleuderscheiben. Da der Stillstand von Maschinen zur Glaswolle-Herstellung mit hohen Kosten verbunden ist, wird eine kontinuierliche Versorgung der Glaswollproduzenten mit den Schleuderscheiben angestrebt. Das Elektronenstrahlbohren gewährleistet dies mit automatisierter Serienproduktion. Dabei kann die Produktivität mit der zeitgleichen Bestückung von bis zu fünf Schleuderscheiben und dem fortlaufenden Bohrvorgang je Anlage zusätzlich erhöht werden.
Trotz des regelmäßigen und hohen Bedarfs an Schleuderscheiben sind die zu produzierenden Stückzahlen meist zu gering für eine rentable Anlagenauslastung in der eigenen Produktion der Glaswollhersteller. Eine Lösung hierfür ist die externe Fertigung. Deshalb umfasst das Portfolio von Pro-Beam sowohl die Möglichkeit einer Auftragsfertigung als auch die Entwicklung und das Bereitstellen kundenspezifischer Elektronenstrahlanlagen zum Mikrobohren, Schweißen oder Härten.
Im Bereich des Mikrobohrens gewährt der Elektronenstrahl runde Bohrungen wie zuvor beschrieben, aber auch geometrisch flexible Öffnungen. Pro-Beam entwickelt sein EB-Verfahren für Schlitze weiter, sodass künftig auch Größen von unter 90 µm zuverlässig gebohrt werden können. Derzeit sind Schlitze von 90 bis 150 µm etabliert. Zugleich steht für den Elektronenstrahlexperten neben dem Optimieren der Anlagen auch das Erweitern des Spektrums offener Fläche in unterschiedlichen Wanddicken im Fokus. (mw)
Kontakt:
Pro-Beam GmbH & Co. KGaA
Zeppelinstr. 26
82205 Gilching
www.pro-beam.com
