Mikrofräsbearbeitung: Vorteile, Nachteile und Anwendungen

Mikrozerspanungsbearbeitung Einleitung.

Die Mikrozerspanung gehört zur Kategorie der traditionellen Bearbeitung und ihr Mechanismus ähnelt dem der konventionellen Zerspanung, bei der mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs Material von der Werkstückoberfläche abgetragen wird. Der Unterschied liegt im Größenbereich der Komponenten bei der Mikrozerspanung, der in der Regel zwischen 0,1 und 10 mm liegt, während der Abmessungsbereich der bearbeiteten Merkmale zwischen 0,01 und 1 mm liegt und damit zum Mesoskalenbereich gehört. Die Mikrozerspanung umfasst Mikrodrehen, Mikrofräsen, Mikrobohren und Mikroschleifen. Beim Mikrofräsen werden Fräswerkzeuge mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm oder sogar noch kleiner verwendet. Das Fräsen ist eine der flexibelsten Zerspanungsmethoden, und das Mikrofräsen ermöglicht die vielfältige Bearbeitung von kleinen, dreidimensionalen, komplex geformten Bauteilen.

Vorteile und Grenzen der Mikrofrästechnik.

Im Vergleich zu anderen Mikrozerspanungsmethoden hat die Mikrofrästechnik folgende Vorteile:

1. Bearbeitung von verschiedenen Materialien: Beim Mikrofräsen können verschiedene Werkstoffe bearbeitet werden, indem mit einem Schneidwerkzeug Material von der Oberfläche des Werkstücks abgetragen wird. Theoretisch ist es möglich, durch die Wahl einer geeigneten Härte und Stärke des Werkzeugs verschiedene Materialien zu bearbeiten.
2. Starke Fähigkeit zur dreidimensionalen Bearbeitung: Es ermöglicht die schnelle, zuverlässige und wiederholbare Bearbeitung von Freiformflächen und komplexen dreidimensionalen Merkmalen auf der Mesoskala.
3. Hohe Bearbeitungsgenauigkeit: Durch den Einsatz von PKD (polykristalliner Diamant) und einkristallinen Diamant-Mikrofräsern ist es möglich, beim Mikrofräsen eine stabile Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit von mehr als 100 nm zu erreichen.
4. Niedrige Bearbeitungskosten: Die Bearbeitungskosten für das Mikrofräsen sind im Vergleich zu anderen Mikrobearbeitungsmethoden wie der Fotolithografie relativ niedrig, Mikro-Elektroerosionsbearbeitungund die mikroelektrochemische Bearbeitung. Darüber hinaus trägt die Fähigkeit, Komponenten in großen Mengen mit Wiederholbarkeit zu produzieren, zu den niedrigen Bearbeitungskosten bei.

Obwohl das Mikrofräsen im Vergleich zu anderen Mikrozerspanungsmethoden viele Vorteile aufweist, hat es auch seine Grenzen. Mikrofräsen ist nicht einfach eine Verkleinerung des Makrofräsens im Vergleich zum herkömmlichen Makrofräsen. Wenn beim Mikrofräsen die Schnittparameter auf die gleiche Größenordnung wie der Schneidkantenradius oder die Korngröße des Werkstückmaterials sinken, ergeben sich beim Mikrofräsen andere Schneideigenschaften als beim Makrofräsen, z. B. Größeneffekte und das Phänomen der minimalen Spandicke. Die Größeneffekte und die minimale Spandicke können zu unterschiedlichen Zerspanungsmechanismen und unterschiedlichen Graden von Werkzeugverschleiß und Bearbeitungsfehlern führen, was die Anwendung der Mikrofrästechnologie in der Produktion einschränken kann. Darüber hinaus wirken sich die Herstellung von Mikrofräsern und die Aufrechterhaltung scharfer Schneidkanten auch auf den Prozess und die Oberflächenintegrität der Mikrozerspanung aus. Daher sind noch umfangreiche theoretische und experimentelle Forschungsarbeiten erforderlich, um die bestehenden Mängel in der Mikrofräsbearbeitungstechnologie zu beheben.

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Anwendungen der Mikrofrästechnik.

In der herkömmlichen Mikrofrästechnik werden hauptsächlich Mikrofräser mit Durchmessern von einigen zehn Mikrometern bis zu einem Millimeter für die Mikrobearbeitung auf Ultrapräzisionswerkzeugmaschinen herkömmlicher Größe eingesetzt. Da diese Werkzeugmaschinen in erster Linie für die Hochpräzisionsbearbeitung von geometrischen Teilen im Nicht-Mikromaßstab eingesetzt werden, sind komplexe Konstruktionen und Verfahren erforderlich, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Ihnen fehlt jedoch die nötige Flexibilität für die Bearbeitung kleiner Bauteile, und sie haben hohe Kosten und eine geringe Effizienz. Miniaturisierte Bearbeitungsmaschinen haben die Vorteile hoher Flexibilität, hoher Effizienz, hoher Integration und niedriger Kosten.

Mit der technologischen Entwicklung nimmt die Nachfrage nach kleinen Komponenten in der Gesellschaft weiter zu und verändert den Lebensstil der Menschen unmerklich. So werden beispielsweise Smartphones immer kleiner, leichter und intelligenter, was den Einsatz verschiedener Mikrobearbeitungstechnologien zur Herstellung von Mikrobauteilen erfordert. Die Mikrofrästechnik ist eine kostengünstige und schnelle Bearbeitungsmethode für kleine Komponenten und wird in vielen Bereichen wie Luftfahrt, Kommunikation, Automobil und Optik eingesetzt.