8 Produktherstellung8 Titel Produktherstellung...Berlin Produktionstechnik II VL 6: Trennen III Dee...
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Produktionstechnik II VL 6: Trennen III
Titel8 ProduktherstellungTitel8 Produktherstellung
8.3 Trennen 8.3.2 Trennen III – Abtragen
- Einleitung
- Chemisches Abtragen
- Thermisches AbtragenThermisches Abtragen
- Elektro-chemisches Abtragen
Institut für Werkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. Uhlmann
Technische UniversitätBerlin
Produktionstechnik II VL 6: Trennen III
Definition und Unterteilung des Abtragens nach DIN 8590e t o u d U te te u g des bt age s ac 8590Abtragen ist Fertigen durch Abtrennen von Stoffteilchen von einem festen Körper auf nichtmechanischem Wege. Das Abtragen bezieht sich sowohl auf das Entfernen von Werkstoffschichten als auch auf das Abtrennen von Werkstückteilen.
Definition nach DIN 8590
Trennen
ZerteilenSpanen mit geometrisch Zerlegen Reinigen Evakuieren
Spanen mit geometrisch AbtragenSpanen mit
geometrisch Abtragengeometrisch unbestimmter
Schneide
g ggeometrisch bestimmter Schneide
ggeometrisch unbestimmter
Schneide Gruppen – Unterteilung nach physi-kalischem Wirkprinzip
g
Chemisches Abtragen Thermisches Abtragen Elektrochemisches Abtragen
Untergruppen –Unterteilung nach der Art der Energieeinbringung
Chemisches Abtragen Thermisches Abtragen Elektrochemisches Abtragen
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Definition und Unterteilung des chemischen Abtragens nach DIN 8590Definition und Unterteilung des chemischen Abtragens nach DIN 8590Chemisches Abtrennen ist das Abtrennen von Stoffteilchen, bei dem sich der Werkstückwerkstoff in einer ausschließlich chemischen Reaktion mit einem Wirkmedium zu einer flüchtigen oder leicht entfernbaren Verbindung umsetzt.
Definition nach DIN 8590
Abtragen
Mindestens einer der Wirkpartner ist dabei elektrisch nicht leitend.
g
Thermisches Abtragen Elektrochemisches AbtragenChemisches Abtragen
Thermisch chemisches Thermisch chemischesÄtzabtragen Thermisch-chemischesEntgraten
Thermisch-chemischesAbtragen
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Chemisches Abtragen - Thermisch-chemisches Entgraten (TEM)Chemisches Abtragen Thermisch chemisches Entgraten (TEM)
Wirkprinzip undMaschinenaufbau
SchließtellerMaschinenaufbau
Brennkammer
Dosierzylinder
Knallgas-Reaktion:
2 H2 + O2 2 H2O + Wärme
Knallgas-Reaktion:
2 H2 + O2 2 H2O + Wärme
Die entstehende Reaktionswärme (Temperaturen bis 3500 °C) Die entstehende Reaktionswärme (Temperaturen bis 3500 °C) leitet die Oxidation des Gratwerk-stoffes mit dem überschüssigen Sauerstoff des Mischgases ein.
leitet die Oxidation des Gratwerk-stoffes mit dem überschüssigen Sauerstoff des Mischgases ein.
Schließ-mechanismus
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Chemisches Abtragen - Thermisch-chemisches Entgraten (TEM)C e sc es bt age e sc c e sc es tg ate ( )
TechnologieTypische Grate und Kanten
FräsgratFase
Bohrgrat
Fräsgrat
Aufwurf desBohrereintritts
Einflussgrößen:Einflussgrößen:Gewinde
S hl if t
Schwimmhaut
scharfkantig
Einflussgrößen:• Gratgröße• Gratvolumen zu Gratoberfläche,
Einflussgrößen:• Gratgröße• Gratvolumen zu Gratoberfläche,
Schleifgrat Gießgrat• Eckenwinkel• Zündtemperatur• Schmelztemperatur
Wä l itfähi k it
• Eckenwinkel• Zündtemperatur• Schmelztemperatur
Wä l itfähi k it
Zinkteil:Gasfülldruck
Messingteil:Gasfülldruck
Gussteil:Gasfülldruck
Stahlteil:Gasfülldruck
• Wärmeleitfähigkeit• Gasfülldruck• Mischungsverhältnis
• Wärmeleitfähigkeit• Gasfülldruck• Mischungsverhältnis
Gasfülldruck 6 – 8 barMischungsverh. 1:1
Gasfülldruck 16 – 20 barMischungsverh.1:0,6
Gasfülldruck 10 – 15 barMischungsverh.1:0,8
Gasfülldruck 22 - 25 barMischungsverh.1:1
Quelle: Klocke/König
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Definition und Unterteilung des thermischen Abtragens nach DIN 8590Definition und Unterteilung des thermischen Abtragens nach DIN 8590Thermisches Abtrennen ist das Abtrennen von Werkstoffpartikeln in festem, flüssigen oder gasförmigen Zustand durch Wärmevorgänge sowie dem Entfernen dieser Partikel durch mechanische und/oder elektromagnetische Kräfte.
Definition nach DIN 8590
Abtragen
Elektrochemisches AbtragenChemisches Abtragen Thermisches Abtragen
Thermi Thermi Thermi Thermi Thermi ThermiThermiThermi-sches
Abtragendurchfesten
Thermi-sches
Abtragendurch
Flüssig
Thermi-sches
AbtragendurchGas
Thermi-sches
Abtragendurch
elektr Gas
Thermi-sches
AbtragendurchStrahl
Thermi-sches
Abtragendurch
elektrischen
Thermi-sches
Abtragendurch
BewegungfestenKörper
Flüssig-keit
Gas elektr. Gas-entladung
Strahl elektrischenStrom
Bewegung
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Einordnung der Funkenerosion in die DIN 8590Einordnung der Funkenerosion in die DIN 8590
Thermisches Abtragen
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurch
Thermi-sches
Abtragendurchdurch
festenKörper
durchFlüssig-
keit
durchGas
durchStrahl
durchelektrischen
Strom
durchBewegung
durchelektr. Gas-entladung
Thermi-sches
Abtragen
Thermi-sches
Abtragen
Thermi-sches
Abtragen
Thermi-sches
Abtragen
Thermi-sches
Abtragen mit nichtübertragenem
Lichtbogen
mit über-tragem
Lichtbogen
Abtragenmit
Plasma
mitelektr.
Funken
Abtragenmit
Lichtbogen
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Funkenerosiong g
Vorschub-Verfahrensprinzip
Dielektrikum
regelung
( - )
Funken-
Dielektrikum(deionisiertes Wasser, Öl)
generator-Relaxations-generator -stat. Impuls-
Pumpen-und Filter-aggregat
( + )generatoraggregat
Werkzeug Werkstück
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Funkenerosiong g
Aufbauphase Zündphase Entladephase AbbauphaseWirkprinzip
p p p p
t- ng U U0
Spa
ltsp
annu
n
Ue
Impu
ls-
stro
m i
Zeit tîe
Zeit ttd Entladedauer teImpulsdauer ti
Pausendauer t0
Periodendauer tp
Ue = EntladespannungU0 = Zündspannungtd = Zündverzögerungszeitîe = Entladestrom
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Funkenerosiong g
Oberflächenentstehung
50 µm 20 µm5 µm
Senkerodierte Oberfläche,Ra ~ 0,55 µm
Drahterodierte Oberfläche,Ra ~ 0,4 µm
Entladungskrater in Folge einer Einzelentladung
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Funkenerosiong g
Werkstoffspektrumte te te
Abt
ragr
at
Abt
ragr
at
Abt
ragr
at
Wärmeleitfähigkeit Schmelztemperatur Elektrische Leitfähigkeit
Werkstück: Werkzeugelektrode:StahlwerkstoffeHartmetalleKeramiken
Werkzeugelektrode:
Senkerosion:Kupfer, Graphit, Wolfram-Kupfer
Drahterosion:Nickelbasis- oder Titan-Legierungenpolykristalliner Diamant (PKD-Platinen)
Drahterosion:zinkbeschichtete MessingdrähteWolfram- oder Molybdändrähte
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Funkenerosiong g
Verfahrensvarianten
Drahterosion( i EDM)
Senkerosion(di i ki )(wire-EDM) (die-sinking)
Bahnerosion mitrotierender Scheibenelektrode
(ED-grinding)
Bahnerosion mitrotierender Stiftelektrode
(ED-milling)(ED grinding)
FunkenerosivesFunkenerosives
(ED milling)
Abrichtenvon Stiftelektroden
(ED-dressing)
Abrichtenvon Scheibenelektroden
(ED-dressing)
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Drahterosiong g
Merkmale der Drahterosion:
Einsatz einer Drahtelektrode
Führung der Drahtelektrode zwischen zwei präzisenFührungsköpfen mit fester Position
Konturerzeugung erfolgt durch Bewegung desKonturerzeugung erfolgt durch Bewegung des X-Y-Tisches mit Spannrahmen und eingespanntem Werkstück
kinematisches Prinzip einer Bandsäge“Quelle: CHARMILLES
kinematisches Prinzip einer „Bandsäge
Schnittspalt setzt sich aus Drahtdurchmesser und Arbeitsspalt (Funkenspalt + abgetragene Material-schicht) zusammen
4-Achs-Bearbeitung einer Kegelfläche mit Koaxial- schicht) zusammen
Dielektrikum: deionisiertes Wasser
Kegelfläche mit Koaxialspülung
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Drahterosiong g
Anwendungsgebiete
Prototypen-fertigung (5 %)
Produktion (2 %)Aluminiumstrang-pressen (6 %)
Allgemeine
Mikrobear-
AllgemeineMechanik (2 %)
Andere (3 %)
beitung (8 %)
Hartmetall-werkzeuge (5 %)
St hl h itt Elektroden/Formen (23 %)Stahlschnitt-matrizen (46 %)
Quelle: CHARMILLES
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Drahterosiong g
1
Anwendungsbeispiele2D- bis 21/2D-Geometrien (konische Bauteile)
Innen- und Außenkonturen
bei Innenkonturen Startlochbohrung erforderlichbei Innenkonturen Startlochbohrung erforderlich
Stanz- und Abkantwerkzeuge für Stahlwerkstoffe,
Strangpressmatrizen,
Textilfaser-Ziehdüsen,
Platinenzuschnitt (Lead Frames)
Quelle: AGIE
Platinenzuschnitt (Lead-Frames),
Wendeschneidplatten aus PKD,
medizintechnische KomponentenStrangpressmatrize für dieMassenfertigung von Kühl-körperelementen aus Aluminium
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Drahterosiong g
Fertigungssystem
Maschinenmerkmale:
Einsatz von Drähten im Durchmesserbereichvon 0 03 mm bis 0 3 mmvon 0,03 mm bis 0,3 mm
automatisches Drahteinfädelungs-, -führungs-und -kalibrierungssystem
Prozessstromquellen-Generator mit SF-Modifür Finishbearbeitung bis Ra < 0,1 µm
fünf gesteuerte Bewegungsachsen,Positionier- und Wiederholgenauigkeit bis 1 µm
adaptive Vorschubregelungssysteme
PC-basierte CNC-Steuerung mit Online-MonitoringDrahterodieranlage g gvia Internet
Dielektrikumsaggregat: Kühlen, Filtern, Deionisieren
AGIECUT EVOLUTION 2SFFder Fa. AGIE, Losone (CH)
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Senkerosiong g
Merkmale der Senkerosion:
Einsatz einer Formelektrode
Formelektrode ist das Negativ der zu erzeugenden Kontur im Werkstück
Konturerzeugung erfolgt durch Einsenken
Quelle: CHARMILLES
der Formelektrode in das Werkstück
kinematisches Prinzip des „Abformens“
Formgenauigkeit hängt vom Arbeitsspalt und Bearbeitung einer Radfelgenformit i K f F l kt d
g g g pvom Verschleißverhalten der Elektrode ab
Verschleißkompensationsstrategien sind diePlanetärerosion oder der Einsatz von mehreren
mit einer Kupfer-Formelektrode
Elektroden
Dielektrikum: Öl auf Kohlenwasserstoffbasis
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Senkerosiong g
Anwendungsgebiete
Aluminiumstrang-pressen (5 %)
Andere (3 %)
Mikrobearbeitung (8 %)Schmiedeteile (3 %)
Metallspritzguss-
Prägedruck (10 %)
formen (10 %)
Glasformen (2 %)
Produktion (5 %)
Pulververdichtungs-matrizen (5 %)matrizen (5 %)
Kunststoffspritz-gussformen (49 %)
Quelle: CHARMILLES
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Senkerosiong g
Anwendungsbeispiele
komplexe 3D-Geometrien
vorzugsweise Innenkonturen auch Gewindevorzugsweise Innenkonturen, auch Gewinde
Hinterschneidungen möglich
Spritzgusswerkzeuge,
Tiefziehwerkzeuge,
S h i d kQuelle: AGIE Schmiedewerkzeuge,
Prägestempel,
Presswerkzeuge für die Heißformgebung,
Quelle: AGIE
EinspritzdüsenFormeinsatz eines Spritzguss-werkzeugs für die Fertigungvon Mercedes-Sternen
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Senkerosiong g
Fertigungssystem
Maschinenmerkmale:
Prozessstromquellen-Generator für Finish-bearbeitung bis R 0 1 µmbearbeitung bis Ra = 0,1 µm
vier gesteuerte Bewegungsachsen,Positionier- und Wiederholgenauigkeit bis 1 µm
teilweise ausgestattet mit Linearantrieben fürschnelle Vorschubbewegungen
adaptive Vorschubregelungssystemep g g y
CNC-Steuerung mit Online-Monitoring
Dielektrikumsaggregat: Kühlen, Filtern, Spülung
vollautomatischer Werkzeugwechsler mit Palettierungssystem für bis zu 90 Elektroden
Senkerodieranlage ROBOFORM 31der Fa. Charmilles Technolgies,Geneve (CH)
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Thermisches Abtragen mit elektr. Gasentladung - Mikroerosiong g
Mikrodrahterosion Mikrosenkerosion Mikrobahnerosionmit rotierender Stiftelektrodemit rotierender Stiftelektrode
500 200 µm
Formeinsatz eines Abformwerk-zeugs, mikrostrukturiert mit einemV Groove Array für opto elektr
Formeinsatz eines Abformwerk-zeugs, mikrostrukturiert mit einer50 x 100 µm Stegstruktur für
Pyramidale Referenzstruktur zur Untersuchung der Verschleiß-kompensation
500 µm 200 µm500 µm
V-Groove-Array, für opto-elektr.Kopplungselemente
50 x 100 µm - Stegstruktur, für mikrofluidische Anwendungen
kompensation
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Einordnung der Laserbearbeitung in die DIN 8590Einordnung der Laserbearbeitung in die DIN 8590
Thermisches Abtragen
Thermi- Thermi- Thermi- Thermi-Thermi-Thermi- Thermi-sches
Abtragendurchfesten
schesAbtragen
durchFlüssig-
schesAbtragen
durchGas
schesAbtragen
durchelektrischen
schesAbtragen
durchBewegung
schesAbtragen
durchelektr. Gas-
schesAbtragen
durchStrahl
Körper keit Stromentladung
Thermi-Thermi-Thermi-sches
Abtragenmit
Thermi-sches
Abtragen mit
Laser-Brenn-
schneiden
Thermisches
Abtragenmit
Ionenstrahl
Thermisches
Abtragenmit
Elektronen-
Laser-Schmelz-schneiden
Laser-Sublimier-schneiden
Lichtstrahl Laserstrahl IonenstrahlElektronenstrahl
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserbearbeitungg g
Wirkprinzip undschematischer Aufbau
Sti li t E i i
Pumpniveau Laser-
e
Light Amplification by Stimulated Emission of
Stimulierte Emission
ausgangs-niveau
Laserendniveau
Grundzustand
Absorbtionder Pump-energie
Ene
rgieStimulated Emission of
Radiation
Grundzustand
Anregung
Resonator
Anregung halbtransparenterSpiegel
Spiegel
LaserstrahlenLasermedium
Laserstrahlen
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserbearbeitungg g
LaserquellenMerkmale CO2 Nd:YAG Excimer
(Gaslaser: Xe ,ArF, KrF, XeBr, XeCl)
Dioden
Wellenlänge 10,6 µm 1,064 µm 157 nm /351 nm
808 nm /940 nm
Durchschnitts-leistung < 20 kW 5 kW 0,1 kW 3 kW
Wirkungsgrad 10 % 3-5 % 1 % > 50 %
Anwendung Schneiden,Markieren,
Schneiden,Markieren,
Strukturieren, Markieren,
Schneiden, Schweißen,Markieren,
Schweißen,Bohren, Oberflächen-behandlung
Markieren, Schweißen, Bohren, Oberflächen-behandlung
Markieren, Abtragen,Mikrobear-beitung
Schweißen, Löten, Bohren, Oberflächen-behandlung
65%
Vorteile - hohe Leistung
- Betriebs-kostengering
- Faserein-kopplung
- Absorption bei
- Eisenme-
- kleiner Fokus (1 µm)
- hohe Puls-intensität
- kompakte Bauweise
- sehr gering Betriebs-kosten
25%
8%2%
CO2 Nd:YAG gering Eisenmetallen besser
kostenExcimer Dioden
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserbearbeitungg g
Anwendungsgebiete
Markieren (20 %)Schweißen (17%)
Schneiden (38 %)
Bohren (2 %)
Andere (10%)Andere: Laserumformen Löten
Quelle: Industrial Laser Rewiev
Mikrobearbeitung (13 %)
Bohren (2 %) Wärmebehandlung Rapid Prototyping (SLS, SLA)
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserschneideng
Verfahrensvarianten
Laser-Brennschneiden: Der Werkstoff wird bis zur Zündtemperatur erhitzt und durch Zufuhr von Sauerstoff verbrannt
Laser Schmelzschneiden: D W k t ff i d d h d L t hl f h l
durch Zufuhr von Sauerstoff verbrannt.Anwendung: Trennen von Metallen
Laser-Schmelzschneiden: Der Werkstoff wird durch den Laserstrahl aufgeschmolzen und mit Hilfe eines reaktionsträgen Gases aus der Schnittfuge geblasen.Anwendung: Hochlegierte Stähle NichteisenmetalleAnwendung: Hochlegierte Stähle, Nichteisenmetalle
Laser-Sublimierschneiden: Der Werkstoff wird auf Sublimationstemperatur erhitzt und mit Hilfe eines reaktionsträgen Gases aus der Schnittfuge geblasen.Anwendung: Holz, Papier, Keramik, Kunststoffe
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserschneideng
Anwendungsbeispiele
Hochgeschwindigkeits-laserschneiden
LaserbrennschneidenLaserbrennschneiden5-Achsen-LaserschneidanlageCO2-Laser5 – 20kW Laserleistung
Quelle: VDMA
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserschneideng
Schematischer Aufbau Externe Optik
Laser Strahlteleskopgleichphasige elektromagnetischeStrahlung: Wellenlänge = 10,6 µm
konkaver Spiegel Strahldurch-messer = 2d
Phasen-schieber Umlenk-
spiegelg g , µ
Strahldurchmesser = d
konvexer Spiegel
linear polari-sierter Laser-strahl
spiegel
zirkular polakonvexer Spiegel
Linse
zirkular pola-risierter Laser-strahl
Schneidkopf Schneid-gas
DüDüse
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserschneideng
Fertigungssystem
Laser-generator
Steuerungs-schrank
Resonator
Kühlung
Verfahrachse
1. Düse 5. CNC-Steuerung2. Prozessgaszufuhr3. B-Achse4. C-Achse
6. Laseraggregat7. 5-Achsen-Portalroboter8. Probenaufspannvorrichtung
Bedienpanel
MaschinentischBearbeitungskopf
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserabtrageng g
Lasermarkieren
Laseranlassen LaserabtragenLasergravur
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Produktionstechnik II VL 6: Trennen III
Thermisches Abtragen durch Strahl - Laserabtrageng g
Laserstrukturieren Lasergravieren von Beschriftungen in PMMA, eloxiertem Aluminium und Papier mit einem 16 W –CO2 - Wellenleiterlaser
Schichtweises Abtragen inSiliziumnitrid durch CO2 -L t hl ll
Lasergravieren von Beschriftungen in
Kugellagerringen mit einem Laserstrahlquelle 50 W - Nd:YAG - Laser
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Lasermikrobearbeitungg g
Anwendungsbeispiele
Excimer- oder Nd:YAG-Laser
Fokussierte Strahlführung oder MaskenprojektionMikrobearbeitung
von Stahl mit Fokussierte Strahlführung oder Maskenprojektion
Breite Werkstoffpalette (Stahl, Keramik, Polymere)
von Stahl mitfokussiertem
Nd:YAG-Laser(Quelle: ISFW Stuttgart)
100 µm
Bohren, Schneiden, Abtragen
Spinndüsen,
K itätQuelle: AGIE
Mikrobearbeitungvon Al2O3 mit Kavitäten,
Einspritzdüsen
Mikrobauteile
Quelle: AGIEvon Al2O3 mitXeCl-Excimer =308 nm(Quelle: FH Münster)
30
Biotechnologie30 µm
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Thermisches Abtragen durch Strahl – Ionenstrahlabtrageng g
Wirkprinzip undMaschinenaufbau
Wirkprinzip:Wirkprinzip:
Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes werden Ionen durch Feldemission
it h h h I t ität
Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes werden Ionen durch Feldemission
it h h h I t itätmit sehr hoher Intensität aus der Metalloberfläche extrahiert.Beim Auftreffen der Ionen
mit sehr hoher Intensität aus der Metalloberfläche extrahiert.Beim Auftreffen der Ionen auf die Probenoberfläche wird durch Sputtererosion in einem direktschreibenden V f h l k l M t i l
auf die Probenoberfläche wird durch Sputtererosion in einem direktschreibenden V f h l k l M t i lVerfahren lokal Material abgetragen.Verfahren lokal Material abgetragen.
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Thermisches Abtragen durch Strahl - Ionenstrahlabtrageng g
Anwendungsbeispiele
Materialabtrag im Sub-Mikrometer-Bereich,
Abscheiden von leitenden und isolierendenAbscheiden von leitenden und isolierenden Schichten,
Gleichzeitige Prozessbeobachtung durch SekunderelektronendetektionSekunderelektronendetektion
1 µm
Schnelle Modifikation und Reparatur von elektronischen Schaltkreisen,
Materialbearbeitung in der Mikrosystemtechnik,
FIB-bearbeitete AFM-Tastspitze(Quelle: LEB Erlangen)
At i F Mi (AFM)Ionenstrahl-Schneiden (z. B. TEM-Präparation)
Atomic Force Microscope (AFM)
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Produktionstechnik II VL 6: Trennen III
Definition und Unterteilung des elektrochemischen Abtragens nach DIN 8590
Ein Fertigungsverfahren, bei dem metallischer Werkstoff unter Einwirkung eines elektrischen Stromes und einer Elektrolytlösung anodisch aufgelöst wird. Der Definition nach
Abt
Stromfluss kann entweder durch Anschluss an eine äußere Stromquelle oder aufgrund von Lokalelementbildung am Werkstück (Ätzen) bewirk werden
DIN 8590
Abtragen
Thermisches AbtragenChemisches Abtragen Elektrochemisches Abtragen
Elektrochemisches Elektrochemisches ElektrochemischesElektrochemischesFormabtragen
ElektrochemischesOberflächenabtragen
ElektrochemischesÄtzen (Metallätzen)
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Elektrochemisches Abtrageng
Wirkprinzip UI
Anodische Metallauflösung:Anodische Metallauflösung:
+ -
M
OH-
-ne M n+
H +
2H ++ 2e H2
In einem wässrigen elek-trisch-leitenden Medium (NaCl, NaNO3) wird zwischen dem abzutragen
In einem wässrigen elek-trisch-leitenden Medium (NaCl, NaNO3) wird zwischen dem abzutragen M n+
+ OH -n M (OH) nzwischen dem abzutragen-den metallischen Werkstoff (Anode) und einer metalli-schen Kathode eine Gleich-
zwischen dem abzutragen-den metallischen Werkstoff (Anode) und einer metalli-schen Kathode eine Gleich- Anode Kathode
MV abgetragenes MaterialvolumenM Molmasse in g/mol Dichte in kg/m³
spannung angelegt. An der Anode geht das Metall unter Abgabe von Elektronen als Metallionen in die Elektrolyt
spannung angelegt. An der Anode geht das Metall unter Abgabe von Elektronen als Metallionen in die Elektrolyt tI
FzMV
Dichte in kg/m³I Stromstärke in At Bearbeitungszeit in sz elektrochemische WertigkeitsänderungF Faradaykonstante (96487 As/mol)
Metallionen in die Elektrolyt-lösung über. Metallionen in die Elektrolyt-lösung über.
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Elektrochemisches Abtragen – Elektrochemisches Formabtrageng g
Maschinenaufbau Vor-h bschub
Gleichstrom-generator
Pumpe
üElektrolyt-lösung
Werkstück
Technische Angaben:
Arbeitsmedium: wässrige Elektrolytlösungen (NaCl, NaNO3)Arbeitsspannung: 5 - 20 VStromdichte: 0,5 - 5 A/mm2
ECM-Anlage zur PEM-Bearbeitung(Quelle: PEM, Dillingen)
Arbeitsspalt: 0,05 - 1 mmAbtraggeschwindigkeit: 0,2 - 10 mm3/minspez. Abtrag: 1 - 2,5 mm3/A min
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Produktionstechnik II VL 6: Trennen III
Elektrochemisches Abtragen – Elektrochemisches Formabtrageng g
Anwendungen
Turbinenläufer993 h S h f l993 angewachsene SchaufelnX20CrMoV121tbearb=170h
HüftgelenkprotheseSchaftbearbeitung und
OberflächenstrukturierungC C Ni L i
1 cm
Zahnradrohling
Co-Cr-Ni-LegierungtBearb=100s
ghohe Genauigkeit bei derDurchbruchbearbeitung (0,025mm)
Institut für Werkzeugmaschinenund FabrikbetriebProf. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. Uhlmann
Technische UniversitätBerlin