mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

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Mikrokaltumformen?

Werkzeuggestalt verändert den Mikrotiefziehprozess

Die Form eines Werkzeugs bestimmt nicht nur wie ein Bauteil aussieht, sondern auch wie verlässlich ein Herstellungsprozess von Mikrobauteilen abläuft. Kleine Änderungen der Werkzeugform können einen großen Effekt auf die Fertigung sehr kleiner Bauteile haben. Im Idealfall können sie Herstellungsverfahren stabiler und robuster machen. Doch wo liegen die Grenzen des Machbaren und was hat einen besonders großen Einfluss auf die Fertigungsprozesse im Mikrobereich?

Im Zentrum meiner Untersuchungen steht hierbei der Prozess des Tiefziehens. Mit seiner Hilfe lassen sich aus dünnen Blechen dreidimensionale Bauteile erzeugen. So kann man zum Beispiel aus einem runden Blech einen Kochtopf herstellen. Das gleiche Verfahren kann verwendet werden, um kleine Mikrobauteile, beispielsweise für Smartphones oder Hörgeräte, herzustellen. Diese sind dann kleiner als ein Stecknadelkopf. Dafür werden anstatt Metallblechen, wie sie üblicherweise im Automobilbau verwendet werden, dünne Metallfolien, ähnlich einer Alufolie aus dem Supermarkt, eingesetzt. Das Folienmaterial ist hierbei deutlich dünner als ein Geldschein.

Die Werkzeuggenauigkeit stößt im Mikrobereich an Grenzen

Die Herstellung sehr kleiner Bauteile ist allerdings komplizierter und deutlich empfindlicher gegenüber Störungen von außen als die Fertigung von großen Teilen. So müssen die Maschinen wesentlich präziser arbeiten. Außerdem müssen die Werkzeuge, die die spätere Kontur der hergestellten Bauteile bestimmen, sehr exakt hergestellt werden. Gerade die sehr genaue Fertigung von Werkzeugen gerät bei sehr kleinen Abmessungen an seine Grenzen. Deshalb erhält man häufig Werkzeuge mit einer anderen als der gewünschten Form.

Kleine Änderungen der Werkzeugform haben spürbare Auswirkungen

Welchen Einfluss hat eine ungewollte Änderung der Werkzeuggestalt auf den Prozess und auf die hergestellten Bauteile? Können weiterhin brauchbare Teile hergestellt werden? Oder führt eine geänderte Werkzeuggeometrie bereits zu einem unstabilen Herstellungsverfahren, mit dem keine guten Produkte mehr erzeugt werden können? Das sind drei der Fragestellungen, die ich mit Hilfe von Experimenten im Labor und mit Hilfe von Computersimulationen zu beantworten versuche. Die ersten Ergebnisse zeigen: Eine Änderung der Werkzeuggeometrie um deutlich weniger als der Dicke eines menschlichen Haares reicht bereits aus, um den Prozess sichtbar zu verändern. Mit dieser Erkenntnis kann dem Hersteller von Werkzeugen genau gesagt werden, auf welche Bereiche am Werkzeug besonders geachtet werden muss, um eine noch ausreichend genaue Form zu erreichen.

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