Die Technik hat in den vergangenen Dekaden bemerkenswerte Fortschritte gemacht. Die Zunahme an Komplexität ist hierbei jedoch nur ein Aspekt, notwendige Bauteile werden auch immer kleiner. Präzises Arbeiten, vor allem im Metall-Bereich, ist mittlerweile zur absoluten Pflicht geworden. Anders als bei Holzarbeiten, bei denen ein paar Millimeter nicht der Rede wert sind, das Baumaterial ist diesbezüglich flexibel, ist die Arbeit mit Metallen wesentlich fordernder. Gefertigte Materialien wie Stahl sind zwar sehr stabil, jedoch nur wenig flexibel. Während sich eine Eisenstange biegt, bricht eine Stahlstange bei zu großer Belastung. Jedoch müssen manche Werksteile zwingend eine gewisse Stabilität aufweisen und das auch in sehr kleinen Formaten.

Die Grenzen herkömmlicher Metallverarbeitungsmethoden

Stahl kann mechanisch geschnitten und gebohrt werden, das wird schon seit vielen Jahren so praktiziert. Im kleinen Maßstab stoßen wir hier jedoch an Grenzen. Denn beim herkömmlichen Schneiden und Bohren treffen zwei feste Körper aufeinander, beispielsweise der Stahlträger und das Schneidblatt oder der Bohrer. Hierbei werden Kräfte ausgeübt, jeweils auf das Werkstück wie auch das Werkzeug. Bei Feinarbeiten ist diese Kraft manchmal zu groß und das Werkstück nimmt Schaden, auch die Präzision ist bei der konventionellen Methode noch eher gering.

In der Mikrotechnik gibt es daher Alternativen zu den herkömmlichen Methoden. Die eine ist das Mikrolaserschneiden, die andere das Funkenerodieren. Beide hier im Folgenden vorgestellten Methoden arbeiten berührungsfrei, das heißt: Das Werkstück und das Werkzeug kommen nicht direkt miteinander in Berührung. Die schädlichen Kräfte beim herkömmlichen Schnitt oder Bohrung treten demnach nicht auf und es gibt keinen Reibungswiderstand, der überwunden werden müsste. Die auf Mikromechanik spezialisierte Firma Steec bietet Metallverarbeitung mit beiden Verfahren an.

Das Mikrolaserschneiden: Metallschneiden durch Laserenergie

Bei diesem Verfahren wird, wie der Name schon sagt, ein Laser zum Schneiden des Werkstücks verwendet. Der Vorteil ist, dass dies berührungslos geschieht und ausgesprochen präzise durchgeführt werden kann. Jedoch ist diese Technik auch entsprechend teuer und der Dicke des zu schneidenden Materials sind Grenzen gesetzt. Da diese Methode jedoch meist bei sehr kleinen und komplexen Teilen Anwendung findet, ist diese Begrenzung nur von geringer Bedeutung.

Ein Laser ist eine Licht-Verstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Licht wird gebündelt und dieser Laserstrahl enthält eine hohe Energie. Diese Energie verändert den Werkstoff am Ankunftsort in drei mögliche Zustände: Eine Flüssigkeit, ein Oxidationsprodukt oder Dampf.

Einfach ausgedrückt sorgt die Energie des Lasers dafür, dass ein Teil des Werkstücks, der Dicke des Lasers entsprechend, aufgelöst wird. Somit lassen sich sehr präzise Schnitte ausführen, ohne das Material durch Reibungskräfte zu beschädigen oder zu verformen.

Das Mikrolaserschneiden und die Funkenerosion sind innovative Methoden zur präzisen Metallverarbeitung. Foto: Rev Stan| Lizenz: CC BY 2.0

Die Funkenerosion: Präzise Methode für leitende Materialien

Bei der Funkenerosion werden Teile des Werkstücks abgetragen. Dies geschieht ohne direkte Berührung zwischen Werkzeug und Material, wie auch beim Mikrolaserschneiden. Die Vorteile sind auch hier ähnlich: Keine unnötigen Kräfte werden auf das Werkstück ausgeübt und Bohrungen können sehr präzise und in einem sehr kleinen Bereich vorgenommen werden. Zu beachten ist, dass das zu behandelnde Material zwingend absolut leitfähig sein muss. Dies liegt in der Natur des Verfahrens selbst. Da aber Metalle prinzipiell gute Stromleiter sind, stellt das in der Regel kein Problem dar.

Unter Erosion versteht man eine Abtragung, ähnlich wie bei einem Flussbett, welches durch das Fließen des Flusses erodiert. Allerdings findet bei diesem Verfahren keine Erosion durch kinetische Energie statt. Eine Elektrode wird nahe dem Werkstück positioniert und beim auftretenden Funkensprung, herbeigeführt durch einen Spannungsunterschied, wird ein Teil des Materials, dort wo der Funke auftrifft, abgetragen. Ein Funke kann aber nur entstehen, wenn das Werkstück leitfähig ist. Deshalb werden nur absolut leitende Materialien wie Metalle mit der Funkenerosion behandelt.