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4-2012

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Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Produktion

Produktion Mikrowasserstrahl: Präzise wie ein Feinschnittlaser Mit einer Anlage zum Mikrowasserstrahlschneiden fand Metaq nicht nur eine perfekte Ergänzung zum Ätzen und Laserfeinschneiden, sondern konnte bei gleich hoher Präzision auch deren Werkstoffeinschränkungen überwinden. Photoresist geschützten Stellen werden anschließend weggeätzt. Ergebnis: feinste Teile Bild 1: Feinste Strukturen wie diese stellt das Unternehmen Metaq per Mikrowasserstrahlschneiden her. Mit der Microwaterjet-Anlage wird die Wasserstrahltechnologie mit der Präzision eines Feinschnittlasers verbunden. Schon der Start des Unternehmens erfolgte mit einer Technologieinnovation: 1969 brachte Lutz Hielscher aus den USA die Idee mit, per Ätzverfahren filigrane Industrieteile aus Dünnblechen herzustellen. Mit drei Mitarbeitern und selbst gebauten Ätzanlagen begann seine Firma Metafot die Produktion. Der Firmenname ergab sich aus der Kombination von Produktmaterial und Verfahren: Metall plus Fotolithografie. Die Bleche werden mit einem Fotolack überzogen und die von den Kunden gewünschten Strukturen darauf projiziert. In den belichteten Bereichen härtet der Lack aus, an den übrigen Stellen wird er im nächsten Schritt abgewaschen. Die nicht mehr vom So entstehen feinste Teile, ohne dass ein Werkzeug benötigt wird. Manche der nach Kundenvorgaben hergestellten Teile wiegen nur wenige Milligramm und werden von den Auftraggebern in Reinräumen mithilfe von Spezialoptiken montiert. Um den Nachteil,nämlich die Beschränkung auf maximal 2 mm dicke Bleche, zu umgehen, führte Hielscher 1984 – wiederum als einer der ersten Anwender – das Laserfeinschneiden ein, zunächst mit CO 2 -Lasern. Später kamen noch YAG-Laser hinzu. Auch damit aber lag der Fokus weiter auf der Metallbearbeitung. Um den zusätzlichen Fertigungstechnologien gerecht zu werden, wurde später auch der Materialien Mikrowasserstrahlschneiden - Microwaterjet F4 - der Alleskönner Ätzen CO 2 -Laserschneiden YAG-Laserschneiden Mikrowasserstrahlschneiden (Microwaterjet F4) fast alle Metalle außer Titan, Molybdän, Wolfram, Tantal, Gold ,Silber vorwiegend Stähle unterschiedlichster Legierungen, beschichtete Werkstoffe, gehärtete Metalle Materialdicken 0,01 - 2 mm je nach Material 0,05 - 10 mm vorwiegend Stähle unterschiedlichster Legierungen je nach Material 0,05 - 2 mm fast alle Materialien inklusive Metall, Kunststoff, Gummi, Glas, Plexiglas, Marmor, Keramik, Kompositwerkstoffen 0,05 - 10 mm Teilegrößen bis 600 x 2000 mm bis 1000 x 2000 mm bis 950 x 900 mm, Konturen bis 800 x 800 mm bis 600 x 1000 mm Toleranzen 1/100-mm-Bereich 1/100-mm-Bereich 1/100-mm-Bereich 1/100-mm-Bereich Mindest-Stegbreite Materialdicke x 0,8; mind. 0,15 mm Mindestschlitz-/ Lochbreite Wirtschaftliche Stückzahlen Materialdicke x 1,2; mindestens 0,2 mm vom Einzelstück bis zu Millionen je nach Materialdicke 0,2 - 1 mm je nach Materialdicke und -art 0,1 - 1 mm vom Einzelstück bis zur mittleren Serie 0,15 mm je nach Materialdicke 0,1 - 0,2 mm 0,06 mm je nach Materialdicke und -art 0,2 - 0,6 mm vom Einzelstück bis zur Kleinserie vom Einzelstück bis zur Kleinserie 30 meditronic-journal 4/2012

Produktion Bild 2: Feinste Schnitte unter Wasser: Dass der Mikrowasserstrahl seine Präzisionsarbeit in einem Wasserbecken erledigt, reduziert die Emissionen im Vergleich zum klassischen Wasserstrahlschneiden erheblich. Optimale Ergänzung Seit Februar setzt das Wuppertaler Unternehmen die Microwaterjet-F4-Anlage ein und ergänzt damit die anderen bei Metaq verwendeten Technologien optimal. Die wichtigsten Vorteile bilden die fast unbegrenzte Palette an bearbeitbaren Materialien sowie der schonende Schnitt (Bild 1). Mit hoher Präzision lassen sich beispielsweise Kunststoffe, Gummi, Glas, Plexiglas und Verbundwerkstoffe bearbeiten. Elastomerdichtungen etwa stellt Metaq nun mit deutlich gesteigerter Genauigkeit her. Auch jene Metalle, die sich nicht ätzen lassen, wie etwa Wolfram und Titan, kann Metaq per Wasserstrahl schneiden. Diese Flexibilität ist für Kunden auch in der Prototypenfertigung ein großer Vorteil: Wenn die Entwickler des Metaq-Kunden zur Erkenntnis kommen, ein Teil aus einem völlig anderen Material zu fertigen, lässt ihnen das Schneiden per Mikrowasserstrahl dafür völlige Freiheit. Schneiden ohne hitzebedingte Aufhärtungen Deutliche Vorteile des Mikrowasserstrahlschneidens sind auch überall dort, wo ein Wärmeeintrag, wie er beim Lasern entsteht, unzulässig ist. Das trifft auf viele Teile aus der Luft- und Raumfahrtindustrie zu. Zum Beispiel bei Komponenten des Wuppertaler Unternehmens, die in Satelliten zuverlässig ihren Dienst tun. Wichtig ist das Schneiden ohne Aufhärtungen an Bauteilrändern oder wärmebedingten Verzug auch für zahlreiche Produkte aus der Medizintechnik, ebenso für den Schnitt von Federstählen. Dabei sammelt man ständig weitere Erfahrungen mit immer neuen Materialien. Zwar hält Metaq etwa 500 Werkstoffe ständig verfügbar, aber die Palette der Kundenwünsche geht weit darüber hinaus. Jüngst stand das Unternehmen vor der Aufgabe, ein spezielles technisches Gewebe zu schneiden. Es mit Scheren oder Messern zu trennen, hatte der Kunde zuvor schon ausgeschlossen, weil die Klingen zu schnell verschleißen. Der Laser schied aus, weil das Material an den Kanten verbrennt, Ätzen war natürlich auch nicht möglich. Aber: Mit dem Mikrowasserstrahl konnte es hervorragend geschnitten werden. Auch Teile aus Glas stellt Metaq inzwischen per Mikrowasserstrahl her. So sind viele reale Aufträge auch gleichzeitig Tests, um Mög- Firmenname in Metaq verändert, der für Metall und Qualität steht. Wasserstrahl ergänzt Laser- und Ätztechnologie Nach dem Verkauf des Unternehmens 1985 an den heutigen Eigentümer kam das klassische Wasserstrahlschneiden hinzu. Damit konnte praktisch jeder Werkstoff geschnitten werden, ohne Werkzeuge für die Teile anfertigen zu müssen. Allerdings fiel das Wasserstrahlschneiden in Sachen Präzision gegenüber dem Ätzen und Laserschneiden drastisch ab. Ein gravierender Nachteil, denn beim anhaltenden Trend zur Miniaturisierung konnte das klassische Wasserstrahlschneiden nicht mithalten. Als Metaq-Geschäftsführer Peter Sack Ende 2011 in einer Fachzeitschrift von der um den um Faktor 10 gesteigerten Genauigkeit des Mikrowasserstrahlschneidens las, zögerte er daher keine Sekunde. Von Daetwyler, dem Schweizer Hersteller der Microwaterjet-Anlagen, ließ er sich die Technologie vorstellen und Probeteile zeigen. Kurz danach war der Kauf perfekt. Denn mit der Microwaterjet ist nun erstmals eine Maschine verfügbar, die die Wasserstrahltechnologie mit der Präzision eines Feinschnittlasers verbindet. Bild 3: Ohne Pausen für den Wasseraustausch im Schneidbecken läuft die Microwaterjet F4 bei Metaq, weil das Wasser in einem Kreislauf kontinuierlich gereinigt und gekühlt wird und das Abrasiv sowie der Abrieb der geschnittenen Teile über Bandfilter abgeschieden werden. meditronic-journal 4/2012 31

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