mikromal – Sonderforschungsbereich 747 „Mikrokaltumformen“ der Universität Bremen

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Mikrokaltumformen?

Nur umformen ist schöner

Da im Bereich kleiner Bauteilgrößen die Wirkung der Oberflächenspannung gegenüber der Gewichtskraft überwiegt, können Metalltropfen am Draht für einen anschließenden Umformprozess erzeugt werden. Dadurch können zu einem späteren Zeitpunkt komplexe Bauteile in einem Prozessschritt hergestellt werden.

Erst der Laser, dann die Presse

Am Draht oder an einer Folie werden durch einen Laser Metalltropfen oder Aufdickungen erzeugt, die anschließend in einem Umformprozess in ihre endgültige Kontur gebracht werden.

Stoffanhäufen: Erst in den Laser, dann in die Presse

Urformen und Umformen im Mikrobereich

Wassertropfen kennt jeder und man findet sie überall, ihre Schönheit ist jedoch vergänglich. Sobald man versucht den Tropfen zu greifen, ist er zerstört. Bei Tropfen aus Metall ist das anders, diese bekommt man selbst mit größter Mühe kaum kaputt. Aber wie erzeugt man eigentlich diese Metalltropfen und wofür braucht man die? Forscher innerhalb des SFB 747 liefern Antworten.

Viele Bauteile werden durch Umformen erzeugt. Hierbei wird ein Rohling aus Metall mit einem Stempel einer bestimmten Form zusammengedrückt, so dass ein Bauteil entsteht. Der Vorteil: Diese Bauteile können sehr genau und besonders schnell gefertigt werden, so dass hohe Stückzahlen möglich sind. Im Mikrobereich, also wenn die Bauteile kleiner als 1 Millimeter sind, wird der Umformprozess allerdings schwierig, da der Rohling leicht einen Knick bekommt. Dies kann man gut mit folgendem Beispiel verdeutlichen: Ein dickes Radiergummi lässt sich zwischen Daumen und Zeigefinger sicher zusammendrücken. Ein sehr dünnes Radiergummi, z.B. das an einem Druckbleistift, weicht hingegen schon bei leichter Druckbelastung aus und bricht letztendlich durch. Um Bauteile im Mikrobereich dennoch gut umformen zu können, haben Forscher am Bremer Institut für angewandte Strahltechnik (BIAS) ein neues Verfahren entwickelt, das sich „Stoffanhäufen" nennt.

Metalltropfen am Draht

In meinem Projekt wird durch einen Laser ein Metalltropfen am Ende eines Drahtes erzeugt, ganz ähnlich wie ein Stecknadelkopf. Warum der Tropfen haften bleibt? Ganz einfach, die Oberflächenspannung macht es möglich. Sie ist ein Maß für den Zusammenhalt einer Materialansammlung wie zum Beispiel dem Metalltropfen. Solange die Oberflächenspannung größer ist als die Gewichtskraft, haftet der Tropfen am Ende des Drahtes. Sobald der Tropfen, den die Wissenschaftler „Zwischenformelement" nennen, aus der Schmelze erstarrt ist, wird er mit einem entsprechend geformten Stempel in die gewünschte Endform gebracht.

Ventilstößel, Zahnrad, Steckverbinder, Klettverschluss – alles ist möglich

Das so erzeugte Bauteil kann dann zum Beispiel ein Ventilstößel, ein sehr kleines Zahnrad für Uhren oder ein Steckverbinder sein. Die Zwischenformelemente können allerdings auch so angeordnet werden, dass sie wie ein Klettverschluss ineinandergreifen, sodass sich große Kräfte übertragen lassen. Wie lange der Laser-Prozess dauert? Das hängt von der Größe der zu erzeugenden Zwischenform ab. In einer Sekunde können rund 10 Zwischenformelemente erzeugt werden. Eine Vision für die Zukunft haben die Forscher aus Bremen schon: Sie wollen auch an Blechkanten definierte Querschnittsvergrößerungen erzeugen, die dann ebenfalls umgeformt werden können, zum Beispiel in eine Zahnradgeometrie. Es bleibt also spannend...

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