Multisensor Messmaschine
Mikrobearbeitung: Vorteile und Branchen
Mit ihrem rasanten Wachstum, das bis 2025 einen Marktwert von 3,3 Mrd. USD erreichen soll, produziert die Mikrobearbeitung leistungsfähigere und intelligentere Teile, die exponentiell kleiner sind, als wir es gewohnt sind. Sie macht die Herstellung billiger und effizienter, was zu höherem Patientenkomfort, langlebigeren Autos und intelligenterer Elektronik führt.
Was ist Mikrobearbeitung?
Unter Mikrobearbeitung versteht man das Abtragen von Material im Mikrometerbereich mit Hilfe von numerisch gesteuerten (CNC) oder Laser-Maschinen. Der Materialabtrag führt zu komplexen Oberflächenstrukturen oder Formen. Dieses Verfahren ist branchen- und materialübergreifend einsetzbar. Vor allem die Elektronik-, Automobil- und Medizintechnikindustrie nutzt die Mikrobearbeitung für Teile aus Kunststoff, Metall, Keramik und Silizium.
Wie die Standardbearbeitung umfasst auch die Mikrobearbeitung Unterkategorien wie Mikrofräsen, Mikrodrehen, Mikroschleifen und Lasermikrobearbeitung.
Beim Mikrofräsen wird ein rotierendes Schneidwerkzeug zum Abtragen von Material verwendet. Das abgetragene Material schneidet Formen oder Oberflächenmerkmale aus.
Beim Mikrodrehen wird ein linear bewegliches Schneidwerkzeug auf einem rotierenden runden oder zylindrischen Werkstück eingesetzt.
Mikroschleifen ist ein Mikrobearbeitungsverfahren, bei dem Material von einem sich drehenden Keramik- oder Glaswerkstück entfernt wird.
Bei der Lasermikrobearbeitung wird ein dünner Laserstrahl zur Bearbeitung beliebiger Werkstoffe oder Formen eingesetzt.
Vorteile der Mikrobearbeitung
Die Mikrobearbeitung ist ein wiederholgenaues und zuverlässiges Verfahren, das die Kosten, die Sicherheit und die Lebensdauer von Teilen in der Medizintechnik, der Elektronik und der Automobilindustrie verbessert.
Kosteneffizient
Bei der Mikrobearbeitung werden Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit Wiederholgenauigkeit für die Bearbeitung von Mikroteilen eingesetzt. Mit diesen Maschinen erfordert die Herstellung eines Mikroteils weniger Zeit, Energie und Kosten als die Herstellung eines „normalen“ Teils. Dennoch ist es wichtig zu wissen, dass durch die Mikrobearbeitung Teile hergestellt werden, die oft genauso effektiv sind wie Teile in Standardgröße.
Erhöhte Sicherheit
Die Toleranzen der Mikrobearbeitung im Mikrometerbereich verringern die Wahrscheinlichkeit, dass Teile versagen. Die engen Toleranzen sorgen für eine sichere Passung der Teile und verhindern Sicherheitsrisiken durch gebrochene oder lose Teile.
Verlängerte Lebensdauer
Enge Toleranzen bei der Mikrobearbeitung kommen auch der Lebensdauer der Komponenten zugute. Wenn die Teile gut zusammenpassen, gibt es weniger Reibung zwischen ihnen und damit weniger Verschleiß, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Die Lebensdauer von Autos liegt bei über 320000 Kilometern, weil die Toleranzen so eng sind!
Branchen und Anwendungen der Mikro-Bearbeitung
Die Mikrobearbeitung ist nicht nur auf eine Branche beschränkt. Die Innovation, die hinter diesem Prozess steht, speziell in der Elektronikindustrie, überschneidet sich mit medizinischen Produkten und der Automobilindustrie. Die Überschneidungen ergeben sich aus den strengen Toleranzen der Branchen und dem Wunsch nach einem verstärkten Einsatz von neuartigen Technologien.
Elektronikindustrie
Mikrobearbeitete Elektronik wird als MEMS bezeichnet. MEMS setzen sich aus Strukturen, Sensoren, Aktoren und Mikroelektronik zusammen. Einfach ausgedrückt sind MEMS winzige, integrierte Systeme, die mechanische und elektronische Komponenten kombinieren.
Mit der zunehmenden Mikrobearbeitung wachsen auch die Einsatzmöglichkeiten der MEMS. Zu den MEMS kommen mittlerweile die Photonik (Detektion von Licht) und die Nanotechnologie (Manipulation von Materie auf Nanoebene) hinzu. Durch diese Mischung können MEMS ein breiteres Spektrum an Informationen aufnehmen, was zu intelligenteren und empfindlicheren MEMS führt. Trotz ihrer geringen Größe können diese Chips genauso intelligent sein wie größere Geräte.
Medizintechnikindustrie
Die Mikrobearbeitung in der Medizintechnikindustrie verbessert die Biokompatibilität und den perfekten Sitz am Patienten. Mit dieser Technologie können Anbieter wirksamere und individuellere medizinische Lösungen wie Hörgeräte und Implantate entwickeln.
- Hörgeräte
- Die Mikrofone in Hörgeräten sind ein Paradebeispiel dafür, dass sich MEMS und photonische Signale in einer anderen Branche überschneiden. Sowohl die Mikrofone als auch die Siliziumschicht sind mikrofein bearbeitet, um eine perfekte Passform und Geräuschübertragung zu gewährleisten.
- Zahnimplantate
- Zahnimplantate werden mikrobearbeitet, um biokompatible Mikrorillen im Mund zu erhalten. Die mikrogefrästen Rillen verhindern die Ansammlung von Bakterien um das Implantat herum und sorgen für eine gute Durchblutung des Zahnfleisches. Dadurch wird die Implantation für die Patienten erleichtert und Infektionen werden vermieden.
Automobilindustrie
Die Mikrobearbeitung in der Automobilindustrie trägt zur Kraftstoffkontrolle und Effizienz bei. Da die Automobilindustrie versucht, Autos leichter und intelligenter zu machen, bieten mikromechanische MEMS und Einspritzdüsen die Antwort.
- Einspritzdüsen
- Effizienz und Leistung von Fahrzeugmotoren haben von der Mikrobearbeitung von Kraftstoffeinspritzdüsen profitiert. Die Hersteller fräsen Löcher in diese Teile, um den Kraftstofffluss durch Öffnen und Schließen von Kraftstoffventilen zu steuern.
- Kfz-Sensoren
- Die Automobilindustrie ist eine weitere Überschneidung von MEMS mit phononischen Signalen. Die Ergänzung der MEMS durch die Phononik hat den Anwendungsbereich der Kfz-Sensoren vergrößert. In der Vergangenheit haben Kfz-Sensoren nur grundlegende Werte wie Temperatur und Druck gemessen. Heute messen mikromechanische Kfz-Sensoren Position, Geschwindigkeit, Luftstrom, Viskosität, Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit. Obwohl immer mehr Sensoren in die Fahrzeuge eingebaut werden, wirkt sich dies durch die Miniaturisierung kaum auf das Fahrzeuggewicht aus.
Durchführung von Qualitätskontrollen an mikrobearbeiteten Teilen
Trotz aller Vorteile der Mikrobearbeitung, wie z. B. enge Toleranzen und präzise Formen, sind Qualitätskontrollen für eine 100%ige Klarheit erforderlich. Bei der Mikrobearbeitung mit einer Fräs-, Dreh- oder Erodiermaschine besteht die Gefahr von übermäßiger Hitze, Vibrationen oder Problemen mit der Vorschubgeschwindigkeit. All diese Risiken können das Endprodukt beeinträchtigen. Obwohl die Teile klein sind, sollte ihr Wert nicht außer Acht gelassen werden. Qualitätskontrollen sind eine bewährte Methode, um Verschwendung zu vermeiden, Geld zu sparen und potenzielle Rückrufe abzuwehren.
Es gibt jedoch proaktive Maßnahmen, die Sie ergreifen können. Erstmuster-, End- und prozessbegleitende Messungen sind Methoden zur Erkennung von Deformationen und Fehlermustern an der Maschine. Bei diesen Messungen werden optische Messgeräte eingesetzt, um die Abmessungen zu messen und das Erscheinungsbild zu bewerten.
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