Ultraschall sorgt für Präzision

Weniger Materialverlust, hohe geometrische Präzision und ein deutlich beschleunigter Produktionsprozess – das sind die entscheidenden Pluspunkte der neuen, von der WZR Ceramic Solutions GmbH entwickelten Verfahrenskette für die Herstellung keramischer Präzisionsbauteile. Sie basiert auf der ultraschallgestützten CNC-Bearbeitung von endkonturnah gefertigten Halbzeugen. Insbesondere wegen ihrer hohen Materialeffizienz gilt sie unter Experten als ressourcenschonende und wirtschaftliche Alternative zum bisher noch üblichen Fräsen und Schneiden „aus dem Vollen“. Der neue Prozess eignet sich sowohl für die Herstellung von Einzelstücken (Prototypen) als auch für die Produktion kleiner und mittlerer Serien einbaufertiger Zulieferteile.

Den Ausgangspunkt für diese beschleunigte und materialeffiziente Produktion keramischer Bauteile bilden die internen Formgebungsverfahren des Unternehmens. Mit dem 3D-Drucken, dem Vakuum-Heißgießen und dem Niederdruck-Spritzgießen (Low Pressure Injection Moulding/ LPIM) verfügt das Rheinbacher Unternehmen über drei technisch ausgereifte Verfahren zur Anfertigung von endkonturnahen Halbzeugen. Im Gegensatz zu den bisher üblichen, kommerziell gefertigten Halbzeugen, entsprechen sie in ihrer Geometrie und Genauigkeit bereits weitgehend dem späteren Fertigteil. Ihre Fertigungstoleranzen entsprechen der DIN 40680-A-m. Das heißt konkret, ihre Genauigkeit liegt – je nach eingesetzten Verfahren und abhängig vom Absolutmaß – zwischen 0,15 mm und 0,80 mm. Diese bereits hochgenauen Halbzeuge lassen sich mit nur noch geringem Aufwand in der anschließenden CNC-Ultraschall-Hartbearbeitung auf Endmaß bringen. Hier lassen sich dann Genauigkeiten von bis zu 10 µm realisieren.

Dank der neuen Verfahrenskombination entsteht deutlich weniger Materialverlust als bei der spangebenden Fertigung aus einem massiven Keramikblock. Einen zusätzlichen Optimierungsschub erfährt der Prozess noch, wenn die endkonturnahen Halbzeuge aus dem eigenen Hause mit einem selektiven Aufmaß gefertigt werden. Durch diese intelligente Vorgehensweise verringert sich der Zeitaufwand für die finale CNC-Bearbeitung auf ein absolutes Minimum. Mit dieser Lösung reduziert WZR ceramic solutions auch die Materialverschwendung und unterstützt außerdem die Umsetzung von Leichtbau-Konstruktionen.

Materialtechnisch betrachtet eignet sich die neue Verfahrenskette nicht nur für den Bereich der Oxidkeramiken, sondern kommt auch für Sonderwerkstoffe wie zum Beispiel Nano-ZTA und Korund-Mullit in Frage. Darüber hinaus sind die Rheinbacher Werkstoffexperten in der Lage, die Rezeptur der keramischen Werkstoffe auf spezielle Kundenanforderungen oder besondere Anwendungen abzustimmen. Selbst kleine Mengen dieser Materialien können für die Herstellung der endkonturnahen Halbzeuge bereitgestellt werden. Mit der ultraschallgestützten Präzisionsbearbeitung endkonturnah gefertigter Halbzeuge wurde ein ebenso ressourcenschonender wie innovativer Produktionsweg für die Herstellung keramischer Fertigteile in kleinen und mittleren Serien entwickelt.

Ein Fokus liegt auf Bauteilen, die in Geräten für die Medizintechnik eingesetzt werden. Da Keramiken wie Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkoniumoxid (ZrO2) weder magnetisch noch elektrisch leitfähig sind, eignen sie sich für den Einsatz für in Prototypen- oder Kleinseriengeräten. Durch die extreme Temperaturbeständigkeit und Resistenz gegen starke Säuren und Laugen können die Keramiken auch für kritische Bauteile oder Werkzeuge eingesetzt werden. Auf Grund der Biokompatibilität von Keramiken wie Al2O3 und speziell ZrO2 werden diese Werkstoffe bereits für Implantate (Hüft- und Kniegelenke) eingesetzt. Hier unterstützt das Unternehmen Projektpartner, die sich mit diesem Thema in der Forschung beschäftigen. su