Formnestfertigung in UP-Qualität
Die effiziente Herstellung von Formwerkzeugen für die Replikation ultrapräziser und mikrostrukturierter Bauteile gelingt nur, wenn die gesamte Prozesskette beherrscht wird – von der Datenaufbereitung bis zur hochgenauen Inprozess-Messtechnik.
Bild 1. Ultrapräzise Abformwerkzeuge
Moderne Kunststoffe und eine geeignete Prozessführung erlauben es, ultrapräzise Formteile replikativ zu fertigen. Benötigt werden sie beispielsweise im Automotive-Bereich, in der optischen Industrie oder in der Medizin- und Messtechnik. Je nach Anwendungsgebiet stehen unterschiedliche Anforderungen im Vordergrund: hohe Formgenauigkeit und Oberflächengüte bei Kameralinsen, großflächig aufgebrachte Mikrostrukturen für Displayanwendungen, feinste und hochgenaue Strukturen für die Mikrofluidik, nanometrische Gitterstrukturen für Analysesysteme und oft auch Kombinationen davon.
Die für die Abformung benötigten Formwerkzeuge sind komplex und müssen höchsten Anforderungen genügen. Eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung ultrapräziser Formen ist die Ultrapräzisions-bearbeitung mit bestimmter Schneide, die meist aus monokristallinem natürlichen oder künstlichen Diamant besteht. Mit ihr lassen sich optische Oberflächen oder Mikrostrukturen erzeugen, wobei die Gratbildung gering ist. Eine ausreichende Oberflächenqualität ist ohne Nachpolieren möglich. Gegenüber klassischen Verfahren kann einerseits ein Prozessschritt entfallen, andererseits beeinträchtigt die Politur die Formgenauigkeit nicht. Außerdem können Kunststoffe direkt bearbeitet werden, was die Prozesskette für die Herstellung von Mustern und Prototypen verkürzt.
UP-Fräsen mit Diamantwerkzeugen
Der Schneidstoff beim Fräsen ist Diamant. Es werden nur Werkstoffe ohne Kohlenstoffaffinität eingesetzt, weil diese für einen sehr schnellen Verschleiß der Werkzeuge sorgen würde. Ein beliebter Werkstoff ist Nickelphosphor. Wenn Ultrapräzisionsmaschinen verwendet werden, ist mit Schneidstoffen wie CBN oder Ultrafeinstkornhartmetall eine optische Oberflächenqualität in Stahl ohne Nachpolieren möglich. Dadurch reduzieren sich die damit verbundenen Genauigkeitsabweichungen auf ein Minimum. Oftmals wird dies beim Spritzgießen von Formen für die Replikation von Analyse-Chips angewendet. Hierbei lassen sich auf kleinstem Raum optische und fluidische Komponenten kombinieren.
Möglichkeiten des UP-Drehens
Durch die ultraschallgestützte Oszillation des Diamantwerkzeugs gibt es beim Drehen mit Ultrapräzisions-maschinen keine Einschränkung bei den bearbeitbaren Werkstoffen. Hierbei sind in sogenannten Kunststoffformenstählen vergleichbare Rauheitswerte wie in Buntmetallen oder Nickelphosphor realisierbar.
Entgegen der gängigen Meinung können neben rein rotationssymmetrischen Optiken oder Strukturen mit dem dynamischen Achsmodus auch Freiformflächen oder Linsenarrays gefertigt werden. Bei Strukturen mit hoher Ortsfrequenz bietet sich hierbei ein FTA (Fast Tool Axis) an, um die Fertigungszeiten zu verkürzen. Mit der piezobetriebenen Achse des ›FTA 100‹ wird ein Stellweg von bis zu maximal 100 µm umgesetzt. Je nach Hub wird mit einer Frequenz des Piezoaktors von bis zu 300 Hz gefertigt. Abhängig von der herzustellenden Struktur und dem Werkstoff betragen die Rauheitswerte Ra 3 bis 5 nm, und die Formabweichung liegt im Sub-µm-Bereich. [...]
Hersteller:
LT Ultra-Precision Technology GmbH
88634 Herdwangen-Schönach
Tel. +49 7552 40599-0
Fax +49 7552 40599-50
www.lt-ultra.de