Redu­zier­te Qua­li­täts­min­de­rung im Material

Bei herkömmlichen Pro­duk­ti­ons­ver­fah­ren tre­ten vor allem ther­misch und mecha­nisch ein­ge­brach­te Span­nun­gen auf. Karl Hol­lis, Lei­ter der Ent­wick­lungs­ab­tei­lung bei Pre­cisi­on Micro, hat sich mit die­ser Pro­ble­ma­tik im Detail beschäftigt. Im Fol­gen­den erklärt er, wie mit der­art Span­nun­gen umge­gan­gen wer­den kann, um qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge Kom­po­nen­ten zu erhalten.
In allen Indus­trie­be­rei­chen – von der Auto­mo­bil­in­dus­trie über die Luft­fahrt bis hin zur Medi­zin- und Elek­tro­tech­nik – gilt der Grund­satz: Damit ein aus Metall gefer­tig­tes Pro­dukt den strengs­ten Qualitätsvorgaben genügt, muss jede ein­zel­ne Kom­po­nen­te ein­wand­frei gefer­tigt sein. Selbst kleins­te Abwei­chun­gen können zu erheb­li­chen Qualitätseinbußen führen. Als Bei­spie­le sei­en hier nur sicher­heits­re­le­van­te ABS-Sys­te­me oder korrosionsbeständige Mikro­fil­ter genannt. Heu­te können sich Kun­den zwi­schen zahl­rei­chen Pro­duk­ten ver­schie­de­ner Her­stel­ler ent­schei­den. Daher muss jeder Her­stel­ler konkurrenzfähige Pro­duk­te ent­wi­ckeln, die sich deut­lich von denen des Wett­be­werbs abheben.
Den strengs­ten Qualitätsvorgaben ent­spricht ein Pro­dukt nur dann, wenn die ther­misch und mecha­nisch ein­ge­brach­te Span­nun­gen besei­tigt wer­den. Um zu ver­ste­hen, wel­che Pro­ble­me sich aus die­sen Span­nun­gen erge­ben, muss man sich zunächst klar­ma­chen, wie sie entstehen.
Ther­mi­sche Span­nun­gen bil­den sich, wie der Name schon sagt, wenn bei der Metall­be­ar­bei­tung Wärme frei­ge­setzt wird. Die­ses Pro­blem tritt vor allem beim Laser­schnei­den auf. Die Hit­ze­ent­wick­lung kann dabei so stark sein, dass sich das Mate­ri­al ver­formt. Selbst wenn die­se Ver­for­mun­gen nur gering sind, also z. B. im Mikro­me­ter­be­reich lie­gen, genügen laser­be­ar­bei­te­te Bau­tei­le oft nicht mehr den stren­gen Qualitätsanforderungen, die an die­se Tei­le gestellt werden.
Mecha­ni­sche­Span­nun­gen hin­ge­gen sind typisch für das Stan­zen. Bei die­sem Ver­fah­ren wer­den die gewünschten Bau­tei­le mit Hil­fe von Stem­peln aus den Ble­chen her­aus­ge­schnit­ten, wodurch an der Oberbzw. Unter­sei­te des bear­bei­te­ten Blechs Druck- bzw. Zug­span­nun­gen ent­ste­hen. Die­se können von der Schnitt­kan­te aus bis weit in das Werkstück hin­ein rei­chen, wir­ken sich nach­tei­lig auf die Eben­heit der Blech­ta­feln aus und beeinträchtigen letzt­end­lich auch die Qualität der aus­ge­stanz­ten Roh­lin­ge. Bei Präzisionsteilen müssen sol­che Unzulänglichkeiten überwunden oder bes­ser noch von vorn­her­ein ver­mie­den werden.
Natürlich wur­de bereits nach Möglichkeiten gesucht, die­se Span­nun­gen zu ver­rin­gern. Ther­misch ein­ge­brach­te Span­nun­gen waren bereits Gegen­stand zahl­rei­cher Unter­su­chun­gen. Heu­te kann daher genau vor­her­ge­sagt wer­den, wie stark die­se aus­fal­len, so dass man bes­ser damit umge­hen kann.
Dem Pro­blem der mecha­nisch ein­ge­brach­ten Span­nun­gen begeg­ne­te man durch die Ent­wick­lung spe­zi­el­ler Nach­be­ar­bei­tungs­ver­fah­ren. So können die durch das Stan­zen ent­ste­hen­den Zug- und Druck­span­nun­gen durch anschlie­ßen­des Überbiegen des Blechs aus­ge­gli­chen wer­den. Aller­dings wird die gesam­te Bear­bei­tung dadurch zeit­in­ten­si­ver, kost­spie­li­ger und auf­wen­di­ger, und das wie­der­um wirkt sich möglicherweise nega­tiv auf die Wettbewerbsfähigkeit eines Her­stel­lers aus. Darüber hin­aus soll­ten Her­stel­ler abwägen, ob durch die genann­ten Tech­no­lo­gien überhaupt das gewünschte End­ergeb­nis erzielt wer­den kann.
Bei Pre­cisi­on Micro ist man überzeugt, dass das eigent­li­che Pro­blem in den tra­di­tio­nel­len Blech­be­ar­bei­tungs­ver­fah­ren selbst liegt. Statt zu ver­su­chen, die durch das Laser­schnei­den oder Stan­zen ver­ur­sach­ten Mängel nachträglich zu behe­ben, soll­ten Her­stel­ler viel­mehr alter­na­ti­ve Lösungen ent­wi­ckeln, um gleich qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge Kom­po­nen­ten fer­ti­gen zu können.

Pho­to­che­mi­sches Ätzen – ein fort­schritt­li­ches Ver­fah­ren mit vie­len Vorteilen

Durch pho­to­che­mi­sches Ätzen können Her­stel­ler präzisionsgefertigte und span­nungs­freie Kom­po­nen­ten pro­du­zie­ren. Die oben genann­ten Pro­ble­me, also die beim Laser­schnei­den auf­tre­ten­de Hit­ze­ent­wick­lung und die beim Stan­zen und ande­ren mecha­ni­schen Ver­fah­ren zu beob­ach­ten­den Druck- und Zug­span­nun­gen, tre­ten gar nicht erst auf. Somit kommt es auch nicht mehr zu einer unerwünschten Ver­for­mung. Eine etwai­ge Nach­be­hand­lung zur Ein­hal­tung der gefor­der­ten Qualitätsvorgaben erübrigt sich.
Beim Fotoätzen wird ein Blech mit einer CAD-gedruck­ten Foto­mas­ke lami­niert und anschlie­ßend belich­tet. Dadurch bil­det sich auf ausgewählten Berei­chen eine säurebeständige Oberfläche, während sich die frei­lie­gen­den Berei­che nach Besprühen mit einer Säurelösung auflösen. Somit ist das Fotoätzen ein Ver­fah­ren, bei dem das Blech weder mecha­ni­schen noch ther­mi­schen Belas­tun­gen aus­ge­setzt ist. Außer­dem erlaubt es sehr indi­vi­du­el­le Gestaltungsmöglichkeiten und gewährleistet eine hohe Wie­der­hol­ge­nau­ig­keit. Folg­lich eig­net es sich bes­tens zur Her­stel­lung kom­ple­xer Kom­po­nen­ten von höchster Qualität.
Klar ist: Bei Anwen­dun­gen, die höchste Präzision und Genau­ig­keit erfor­dern, aber aus schwer zu bear­bei­ten­den Metal­len wie Alu­mi­ni­um und Titan gefer­tigt wer­den müssen, ist das Fotoätzen ande­ren Her­stel­lungs­ver­fah­ren ein­deu­tig überlegen. Zudem können alle Kom­po­nen­ten schnell, kostengünstig und ohne wei­te­re Nach­be­ar­bei­tung gefer­tigt werden.
Gegenüber den herkömmlichen Ver­fah­ren des Laser­schnei­dens und Stan­zens bie­tet das Fotoätzen den Her­stel­lern zudem den nicht zu unterschätzenden Vor­teil, dass die Kom­po­nen­ten immer wie­der ohne gro­ßen Auf­wand an die Vor­ga­ben der OEMs ange­passt wer­den können.