Elektrochemisches Abtragen im Freistrahl
Das elektrochemische Abtragen mit geschlossenem elektrolytischen Freistrahl (Jet-ECM) ermöglicht aufgrund hoher lokaler Stromdichten die Bearbeitung mit hohen Abtragsraten. Der Prozess lässt sich auch zum Mikrofräsen, -drehen und -strukturieren nutzen, ohne dass dazu aufwändige Formelektroden benötigt werden.
Bild 1. Mittels Jet- ECM hergestellter Mikroreaktor in Edelstahl 1.4541. Die Kanäle haben eine Breite von circa 200 μm und eine Tiefe von etwa 60 μm [2]
Das elektrochemische Abtragen mit geschlossenem elektrolytischen Freistrahl (Jet-ECM) ist ein unkonventionelles Fertigungsverfahren zur Herstellung filigranster Strukturen [1]. Dabei kommen Elektrolytdüsen zum Einsatz, deren Bohrungsdurchmesser von wenigen Hundertstel Millimetern bis zu einem halben Millimeter reichen. Die Elektrolytlösung wird bei dieser Technik durch feine Düsen gepumpt, sodass sich ein geschlossener Elektrolytstrahl ausbildet, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 20m/s auf dem Werkstück auftrifft. Wie bei alternativen elektrochemischen Abtragverfahren wird eine elektrische Spannung zwischen dem kathodischen Werkzeug (der Elektrolytdüse) und dem Werkstück angelegt. Die gesamte für den elektrochemischen Abtrag benötigte Stromstärke ist beim Jet-ECM im Elektrolytstrahl gebündelt, sodass der Abtrag auf den Bereich des auftreffenden Elektrolytstrahls fokussiert ist. Auf diese Weise werden auf metallischen Oberflächen Mikrogeometrien abgetragen, ohne dass spezielle Maskierungen oder komplexe Formelektroden erforderlich sind (Bild 1). Weil die mechanischen Materialeigenschaften eine untergeordnete Rolle spielen, können durch eine geeignete Wahl der Prozessparameter sogar Hartmetallestrukturiert werden (Bild 2).
Elektrochemisches Fräsen mit intelligenter Prozesssteuerung
Das Potenzial von Jet-ECM als mikroproduktionstechnischem Verfahren wird aktuell an der Professur Mikrofertigungstechnik der TU Chemnitz erforscht. Die Verwendung des geschlossenen elektrolytischen Freistrahls, der charakteristisch für das Verfahren Jet-ECM ist, ermöglicht die hochgradig lokalisierte, ano- dische Auflösung metallischer Werkstücke bei extrem hohen elektrischen Stromdichten. Durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Elektrolyts kann einfacher Gleichstrom appliziert werden, was gegenüber EC-Verfahren, die auf gepulstem Gleichstrom basieren, einen enormen Zuwachs an lokaler Abtragsrate ermöglicht. Durch die Steuerung der Düsenposition und die Regelung der elektrischen Stromstärke lassen
sich anspruchsvolle Geometrien formgebend fertigen. Der Abtragbereich wird durch die Position und den Durchmesser des Elektrolytstrahls bestimmt. Eine aufwendige und kostenintensive Bemusterung von Formelektroden entfällt. Aktuell werden Düsen mit Durchmessern von 50 μm bis 500 μm in einer Abstufung von 50 μm eingesetzt.
Institut:
Technische Universität Chemnitz
Professur Mikrofertigungstechnik
09107 Chemnitz
Tel. +49 371 531-34580
www.tu-chemnitz.de