Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Maschine und Technologie für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum zur Herstellung von Mikrostrukturen

2022 , Perfilov, Ivan

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt die Entwicklung eines neuartigen Maschinenkonzepts für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum. Die Maschine verfügt über einen für die Trockenfunkenerosion entwickelten IsoPuls-Relaxationsgenerator, welcher die Variabilität und Steuerbarkeit eines statischen Generators mit der hohen Entladefrequenz sowie geringen Entladeenergien von Relaxationsgeneratoren kombiniert, sowie auch über eine technologisch optimierte Maschinensteuerung. Die technologischen Untersuchungen und erzielten Erosionsergebnisse zeigen die Eignung des vorgestellten Maschinenkonzepts sowie das Anwendungspotenzial der Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum für den Einsatz in der Mikroproduktion. Damit liefert diese Arbeit nicht nur einen Beitrag zum besseren Prozessverständnis der Trockenfunkenerosion, sondern zeigt auch eine Vorgehensweise auf, wie ein innovatives Maschinenkonzept und die zugrunde liegende Technologie zu realisieren sind.

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Grundlagen und Prozessstrategien der Mikrofunkenerosion für die Bearbeitung von Rotationsbauteilen

2007 , Piltz, S. , Uhlmann, E.

Mikrorotationsbauteile werden zunehmend in vielen Produktbereichen eingesetzt, beispielsweise als Komponenten von Mikroantriebs- und -fluidiksystemen. Hinsichtlich der Herstellung solcher Mikrobauteile besteht der Bedarf an Fertigungslösungen, die sich durch eine breite Anwendbarkeit, hohe Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und Eignung zur Bauteilminiaturisierung auszeichnen. Die vorliegende Arbeit hat die Zielsetzung, anwendungsorientierte Bearbeitungstechnologien für die Fertigung von zylindrischen Mikrobauteilen und mikrostrukturierten Rotationsbauteilen auf Basis der Mikrofunkenerosion zu entwickeln. Hierzu werden die grundlegenden Einflüsse der Rotationsbewegung auf die Abtragmechanismen charakterisiert. Insbesondere wird gezeigt, welche Auswirkungen eine hohe Rotationsgeschwindigkeit auf das Maschinen- und Prozessverhalten sowie auf die Abtragrate, die Formgenauigkeit, den Miniaturisierungsgrad und die Oberflächengüte hat. Aufbauend auf diesen Grundlagen werden für drei Verfahrensvarianten Bearbeitungsstrategien unter Ausnutzung kinematischer Effekte entwickelt, Bearbeitungsgrenzen ermittelt sowie mikrotechnische Bauteildemonstratoren gefertigt. Die Ergebnisse zeigen, dass alle drei Verfahrensvarianten zur Fertigung von Mikrorotationsbauteilen mit Strukturabmessungen kleiner 100 µm angewendet werden können.

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Prozesstechnologien für die funkenerosive Senkbearbeitung einer Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit

2022 , Wolf, Cora-Sophia , Uhlmann, Eckart

Siliziumnitridkeramiken stellen aufgrund der gesteigerten Verschleißfestigkeit sowie Härte ein großes Potential für den Einsatz als Werkzeugwerkstoff bei der Glasformgebung mittels nicht-isothermen Blankpressens dar. Die genannten Eigenschaften erschweren allerdings die Werkzeugfertigung mit spanenden Verfahren. Eine Lösungsmöglichkeit stellt die funkenerosive Bearbeitung elektrisch leitfähiger Keramiken dar. Aufgrund der Komplexität der Funkenerosion stehen keine Kenntnisse für die wirtschaftliche Bearbeitung neu entwickelter Werkstoffe zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Bereitstellung von Prozesstechnologien auf Basis grundlegender Erkenntnisse zur funkenerosiven Senkbearbeitung und zum Abtragverhalten einer neuen Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik. Dafür erfolgen Untersuchungen sowie Neuentwicklungen von Prozesstechnologien für Keramiken mit variiertem Titannitridgehalt. Die vorherrschenden Abtragmechanismen werden durch Gefüge- und Oberflächenanalysen bestimmt. Mit den Erkenntnissen der Arbeit wird eine Modellvorstellung zum Abtragverhalten der Keramiken abgeleitet. Abschließend erfolgt die Fertigung eines Demonstrators.

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Herstellung und Einsatz von PKD-Mikrofräswerkzeugen

2017 , Polte, Mitchel

Das Ziel der Arbeit ist die Reduzierung des Werkzeugverschleißes beim Mikrofräsen von Form- und Elektrodenwerkstoffen für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen durch den Einsatz des Schneidstoffs PKD. Zur Erreichung dieses Ziels ist eine Herstellungstechnologie für Mikrofräswerkzeuge mit Schneidkanten aus PKD für Werkzeugdurchmesser von D = 1 mm mit Aspektverhältnissen von AW = 4 zu entwickeln.

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