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Mikroerodieren und Mikrolasern – berührungslos arbeitende Fertigungsverfahren

Schaut man bei der Mikrosystemtechnik einmal in die Vergangenheit, so wurde zur Jahrtausendwende von den Kritikern bemängelt, dass kein schneller Marktdurchbruch zu erwarten sei. Doch die Experten gingen davon aus, dass die industrielle Produktion durch informationsgesteuerte Werkzeuge erheblich optimiert werden könnte. Die Mikrosystemtechnik (MST) eröffnete durch ihren Einsatz in der Medizin, bspw. im Implantatebereich völlig neue Optionen. Doch dessen ungeachtet, wurde die Mikrosystemtechnik zur Zielscheibe nachhaltiger Kritik und schnell war das Stigma „Technologie ohne Produkte“ bei der Hand, wenn es darum ging Mikrosystemtechnik zu charakterisieren. Das war ein Vorwurf, der bereits acht Jahre später als unberechtigt erschien.

Die Mikrosystemtechnik nahm an Bedeutung zu

2008 wurde der Mikrosystemtechnik bereits eine glänzende Zukunft vorausgesagt. Und damit erhielt ein interdisziplinäres Autorenteam, dass aus Experten des Maschinenbaus, der Mikrostrukturierung und der Innovationsforschung bestand recht. Sie führten 2000 eine Untersuchung unter der Federführung des Fraunhofer-Instituts für Systemtechnik und Innovationsforschung eine Untersuchung durch. Diese trug den plakativen Titel: „Mikrosystemtechnik – Wann kommt der Marktdurchbruch? Das Fazit: Erst in fünf bis sieben Jahren ist ein Marktdurchbruch zu erwarten.“

Die berührungslos arbeitenden Fertigungsverfahren erhielten 2008 aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von Bauteilen an Bedeutung. Durch Mikrolasern und Mikroerodieren ist es möglich winzige Bauteile und filigrane Strukturen in einer Größenordnung von wenigen Mikro- und Nanometern herzustellen. Bei den Biotechnikern kam der Wunsch auf, Bauteile mit filigranen Fluidkanälen oder Mikropumpen zu Biochips zu fertigen. In der Automobilindustrie entstand der Gedanke, dass die Einspritzdüsen von Benzin- und Dieselmotoren noch kleiner gestaltet werden können. Selbst die Hersteller von Sensoren waren bereits dabei und trieben die Miniaturisierung immer weiter voran.

Experten sagten voraus, dass das Wachstum der Mikrotechnik trotz der prognostizierten konjunkturellen Abschwächung überdurchschnittlich bleiben und einem Bereich von 20 bis 30 % liegen würde.

Der Bereich der Mikrosystemtechnik wird weiter wachsen

Ein weiterer Sprung in der Zeit, zeigt auf, dass die Mikrosystemtechnik sich stetig weiter entwickelte und 2014 hieß es in einer Prognose des Verband der Elektrotechnik (VDE), dass es in dieser Hinsicht ein Wachstum von jährlich 16 % geben werde. Die Mikrosystemtechnik sei die Wachstumsbranche der Zukunft und es arbeiteten bereits 680.000 Beschäftigte in diesem Bereich.

Eine Umfrage des Verbands ergab, dass neben der Automobilindustrie auch die Medizintechnik in Zukunft verstärkt auf die Mikrotechnologie setzen wollen. Für die mittelständisch geprägte Elektrotechnik-Branche stellte zu diesem Zeitpunkt diese Entwicklung eine große Chance dar.

Die Mikrosystemtechnik setzt da an, wo mechanische Verfahren scheitern

Heute ist die Mikrosystemtechnik die Technik von Morgen und sie spielt auch in der Industrie 4.0 eine wichtige Rolle. Denn vor allem wenn es um das Bearbeiten von Mikrobauteilen geht, dann stoßen die mechanischen Fertigungsverfahren an ihre Grenzen. Der Grund ist, das sich aufgrund der filigranen Strukturen die Bearbeitungskräfte oder eine Gratbildung, negativ auf die Funktion des Bauteils auswirken kann. Ebenso können die mechanischen Verfahren auch an der Teilegeometrie scheitern, bspw. bei tiefen Kavitäten. Die berührungslosen arbeitenden Verfahren wie das Mikrolaserschneiden oder das Erodieren spielen dabei ihre Vorteile aus.

Der Werkzeug- und Formenbau ist nur eine Domäne der Erodiertechnik. Die Mikroerosion hat in diesem Bereich eine starke Bedeutung in den Betrieben erhalten, die sich auf Werkzeuge für hochpräzise Bauteile spezialisiert haben.

In der Mikrotechnik wird auf die Funken- bzw. Elektroerosion gesetzt, die sich innerhalb der vergangenen Jahre stark entwickelt hat. Bei der Mikro-Erosion ist es möglich mikromechanische Bauteile mit einem Draht ab einem Durchmessen von 0,02 mm zu bearbeiten. Ein Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von etwas 0,04 mm! Mit Hartmetallelektroden ist es möglich, Mikrobohrungen herzustellen, die einen Durchmesser von 0,1 mm aufweisen. Die Güte der Oberflächenrauheit, die erreicht werden kann beträgt bis zu RA 0,05 / N2, wobei die minimalen Bearbeitungstoleranzen bei +/-0,001 mm liegen. Es ist möglich neben gehärtetem Stahl, Stahl und legierte Stähle zu bearbeiten sowie rostfreie Stähle, Hartmetalle, Titan und NE-Metalle. Die Bearbeitung von Keramik, korrosionsanfälligen Materialien und Hartmetallen erfolgt in einem speziellen Ölbad.

Von den Mikro- und Elektroniksystemen wird bei der Industrie 4.0 eine Schlüsselrolle eingenommen und ebenso bei der Robotik und dem autonomen fahren. Damit ist diese Technik für die Innovationskraft der deutschen Wirtschaft von grundlegender Bedeutung.

Foto: © Steec

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