Zu den klassischen Anwendungsgebieten Industrie, Automobiltechnik, Kommunikation und Medizin erobern Mikrosystemtechnische Komponenten immer neue Einsatzbereiche im Gebäudemanagement, der Produktionstechnik, Life Science und dem weiten Feld der Energieeffizienzsteigerung.
Wirtschaftliche Fertigung mikromechanischer Bauteile
Die fertigungstechnischen Verfahren für die immer weiter voranschreitende Miniaturisierung von Bauteilen stammen überwiegend aus der Elektronikindustrie. In diesem Bereich können diese Produktionstechniken zur Herstellung von Halbleitern in der Massenfertigung effektiv eingesetzt werden. Für die Fertigung der bei mikromechanischen Bauteile erforderlichen kleinen bis mittleren Stückzahlen werden jedoch alternative Herstellungsverfahren benötigt. Voraussetzung für die wirtschaftliche Fertigung mikromechanischer Bauteile ist eine auf den Anwendungsfall abgestimmte Fertigungstechnologie. Die Funkenerosion besetzt in diesem Zusammenhang zunehmend eine wichtige Schlüsselposition. Die der Mikroerosion zugrundeliegenden Wirkprinzipien ermöglichen die Herstellung von mikromechanischer Bauteile mit Submikrometerpräzision.
Präzision im Submikrometerbereich
Der auf thermischen Effekten beruhende Abtragungsmechanismus der Funkenerosion ermöglicht eine nahezu prozesskräftefreie Bearbeitung mikromechanischer Bauteile. Dies erlaubt eine Bearbeitung der Bauteile mit hoher geometrischer Gestaltungsfreiheit unabhängig von den mechanischen Eigenschaften der Bauteilwerkstoffe. Auch in gehärteten Stählen, Hartmetall oder Keramik können hochkomplexe Geometrien im Submikrometerbereich mit der Funkenerosion abgebildet werden. Je nach Anwendungsfall kann die Mikroerosion in Form der Mikrodrahterosion, der Mikrosenkerosion oder der Mikrobahnerosion mit rotierender Stiftelektrode durchgeführt werden. Die Mikrobearbeitung stellt jedoch hohe Anforderungen an das Maschinensystem und die Prozessführung. Spezielle Generatoren mit Nadelimpulscharakteristik geringsten Entladeenergien und Entladezeiten <2μs, sowie spezielle Dielektrika mit geringer Durchschlagfeldstärke für kleine Spalte und an die Anwendung angepasste Bearbeitungsbahnen/Prozessparameter sind Voraussetzungen für das präzise Erodieren kleinster Bauteile.
Bei der Mikroerosion werden mikromechanische Bauteile mit Drähten ab einem Durchmesser von 0,02 mm bearbeitet. Zum Vergleich, ein menschliches Haar hat etwa einen Durchmesser von 0,04 mm. Die Herstellung von Mikrobohrungen ist mit Hartmetallelektroden ab 0,1 mm Durchmesser möglich. Die Güte der erreichbaren Oberflächenrauheit beträgt bis zu Ra 0,05 / N2. Die minimalen Bearbeitungstoleranzen liegen bei +/-0,001 mm. Bearbeitet werden können unter anderem gehärtete Stähle, Stahl und legierte Stähle, rostfreie Stähle, Hartmetalle, Titan und NE-Metalle. Die Bearbeitungen von Hartmetallen, Keramik und korrosionsanfälligen Materialien erfolgt in einem speziellen Ölbad.