NC-Bearbeitung

Zur NC-Bearbeitung entstanden durch Anfragen, hauptsächlich aus Entwicklungsabteilungen von Industriebetrieben, zur Herstellung dreidimensionaler Strukturen, Anfang der 80’er Jahre zwei völlig neue Maschinentypen, - das Diatron CX und das Diatron C 300, - später auch Varianten dieser Maschinen, die auf die Bearbeitungsaufgaben der Kunden abgestimmt wurden. Nachfolgend einige Ergebnisse aus verschiedenen Anwendungsbereichen. Da bei dieser Anwendung wegen der geringen Bearbeitungstiefe die Absaugung der Schleifmittelsuspension nicht unbedingt erforderlich ist, war die Aufgabe - mal abgesehen von den Kosten für die Beschaffung und Herstellung der PKD-Werkzeuge - ohne grösseren Aufwand lösbar.

 

Waferbearbeitung

Die ersten Aufgabenstellungen führten zur Herstellung frei programmierbarer Strukturen in Glasteilen. Eingesetzt wurde eine, zur damaligen Zeit recht moderne, frei programmierbare Positioniersteuerung, die wesentlich kostengünstiger war als die Steuerungen von Werkzeugmaschinen. Die Bearbeitungszeit wurde hierbei in den Hintergrund gestellt. Die nebenstehende Abbildung zeigt einen Kanal in einem Wafer aus Pyrex und konnte mittels kopieren auf diesem Wafer beliebig oft abgebildet werden.

Weitere Aufgabenstellungen betrafen die Herstellung einer Vielzahl von Vertiefungen in Glaswafern aus Pyrex mit sehr unterschiedlicher Formgebung. Da bei dieser Formbohrung die Toleranzen relativ eng gesetzt waren mußten neue Werkzeuge aus PKD entwickelt werden, deren Werkzeugverschleiss innerhalb einer Reihe von über 2000 Einsenkungen pro Werkstück vernachlässigbar war.

Eine andere Aufgabenstellung betraf die Herstellung von kalottenförmigen Vertiefungen, ebenfalls in Wafern aus Pyrex und Silizium. Wegen der hohen Anzahl zu fertigender Bohrungen wurden hier erheblich kürzere Bearbeitungszeiten gefordert, die nur in Verbindung mit einer Vergrösserung der Schleifmittelkörnung realisierbar waren. Die verwendeten Werkzeuge waren PKD-Werkzeuge, mit denen zwischen den einzelnen Nachbearbeitungen der Kontur etwa 6000 Bohrungen mit einer Toleranz von 0,1 mm am Übergang zur Oberfläche gefertigt werden konnten.
Die nebenstehend gezeigte Bearbeitung von Bohrungen in Glaswafer ist gegenüber den vorgezeigten Beispielen wesentlich aufwendiger. Da relativ scharfe Kanten an den beiden Bohrungsrändern gefordert werden, ist zur Bearbeitung ein höherer Aufwand erforderlich. Ausserdem wird mit Absaugung der Schleifmittelsuspension gearbeitet, da die Bohrungen ca.1 mm tief sind und hier eine Versorgung der Wirkfläche des Werkzeugs ohne Schleifmittelsuspensionsabsaugung nicht gewährleistet ist. Als Werkzeugprofile wurden V4A Rohre verwendet, aus denen üblicherweise Injektionsnadeln hergestellt werden. Derartige Röhrchen sind bis zu einem Durchmesser von 0,35 mm handelsüblich.
Der bearbeitete Glaswafer sieht in einer einfachen Form dann so aus. Als Werkzeugprofile wurden V4A Rohre mit einem Durchmesser von 1 mm verwendet, die zusammen mit der Körnung des Schleifmittels einen resultierenden Bohrungsdurchmesser von 1,06 mm ergeben. Da das Werkzeug bei dieser Art der Bearbeitung Verschleiss unterworfen ist, muß eine Kompensation desselben über die Programmierung erfolgen. Der gezeigte Wafer ist nicht fertigpoliert sondern besitzt auf seiner Oberfläche beidseitig einen 800’er Schliff. Dadurch sinkt das Risiko des Kantenausbruchs erheblich. Polierte Wafer weisen in der Oberfläche teilweise Spannungen auf, die sich beim Ein- und Austritt des Werkzeugs aus der Bohrung lösen und zu muschelartigen Abplatzungen führen können.
Das hier gezeigte Werkstück wurde in unterschiedlichen Abmessungen aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt. Die Bearbeitungsaufgabe betraf die Herstellung aus einer grösseren Platte und gliederte sich in - Ausschneiden der Aussenkontur - Herstellung der Langlöcher - Einarbeiten einer vertieften Fläche in die Innenkontur - Absetzen des Randbereichs. Da bei dieser Anwendung wegen der geringen Bearbeitungstiefe durch das schichtweise Abtragen die Absaugung der Schleifmittelsuspension nicht erforderlich ist, war die Aufgabe im Rahmen einer entsprechenden Programmierung lösbar. Die Herstellung der PKD-Werkzeuge, mit einem Durchmesser von 5 mm war dagegen relativ kostspielig, ergab jedoch auch ein erfreuliches Ergebnis.
Die hier gezeigte Form aus Quarzglas wurde auf die gleiche Weise wie das vorstehend gezeigte Werkstück hergestellt. Da Quarzglas wesentlich spröder als zum Beispiel Floatglas ist, traten hier auch grössere Kantenausbrüche auf, die für die Anwendung jedoch keine wesentliche Rolle spielten. Das verwendete Werkzeug war ein Stift mit einem Durchmesser von 1,5 mm, mit dem die gesamte Kontur aus einer grösseren Platte herausgearbeitet wurde.
Bei der Bearbeitung keramischer Werkstoffe beträgt der Werkzeugverschleiss und die Bearbeitungszeit ein mehrfaches der Werte, die bei der Glasbearbeitung erreicht werden. Das verwendete Werkzeug war ein Stift mit einem Durchmesser von 1,5 mm, mit dem die gesamte Kontur aus einer grösseren Platte herausgearbeitet wurde.

 

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