Mikrozerspanung mit HiPIMS und Diamant
Werkzeuge werden kleiner und präziser
Dentalimplantate, Elektronikbauteile, Uhrwerke, Mikrokugellager – die Miniaturisierung ist allgegenwärtig. Um diese kleinsten Bauteile prozesssicher und wirtschaftlich bearbeiten zu können, sind nicht nur hochpräzise Mikrowerkzeuge mit speziellen Geometrien gefragt, sondern auch abgestimmte Beschichtungslösungen. Ultradünne und glatte HiPIMS- sowie Diamant-Beschichtungen von CemeCon sorgen dafür, dass die Werkzeuge im Zerspanungsalltag die erforderliche Leistung und Standfestigkeit erbringen können.
In der Mikrozerspanung haben die Präzisionswerkzeuge nur wenige oder sogar nur zehntel Millimeter Durchmesser. „Gerade bei solch kleinen Werkzeugen sind Fehlstellen in der Beschichtung – sogenannte Droplets – fatal, da sie sich in diesen winzigen Dimensionen noch viel extremer auswirken als bei größeren Werkzeugen. Folglich ist kompromisslose Glätte eine absolute Bedingung und damit das HiPIMS-Verfahren der Schlüssel zu unserem Erfolg“, so Ramesh Agarwalla, Direktor bei CTC Praezision Tools Private Limited, Indien.
CTC India ist Experte für Mikrowerkzeuge ab einem Durchmesser von 0,03 mm, beispielsweise für die Leiterplattenfertigung oder Dental- und Medientechnik. Für ihre Präzisionswerkzeuge vertrauen sie auf die CemeCon Technologie. Droplets können mit der HiPIMS-Technologie prozessbedingt erst gar nicht aufkommen – im Gegensatz beispielsweise zum Arc-Verfahren. So entstehen extrem glatte Beschichtungslösungen, die auch den geringen Toleranzen der Miniaturfertigung gerecht werden. Eine Nachbearbeitung ist somit nicht nötig.
Die makellos glatten Oberflächen auf den Mikrowerkzeugen verringern darüber hinaus sowohl Reibung als auch Aufbauschneiden. Gleichzeitig verkürzt sich so die Kontaktzeit zwischen Span und Werkzeug, die Hitze wird mit dem Span abgeführt und das Werkzeug vor den hohen Temperaturen im Zerspanprozess geschützt. Darüber hinaus haben HiPIMS-Beschichtungen eine sehr harte und dennoch zähe Kristallstruktur bei extrem guter Haftung. Diese Kombination kann nur HiPIMS. Sie resultiert in einem ausgezeichneten Verschleißwiderstand und damit hohen Standzeiten – auch bei der Trocken- und/oder HSC-Bearbeitung.
Perfekt für filigrane, komplexe Werkzeuggeometrien
Bei Mikrowerkzeugen muss eine Veränderung der Geometrie durch die Beschichtung vermieden werden. An dieser Stelle punktet ebenfalls HiPIMS gegenüber anderen Verfahren. Der Arc-Prozess zum Beispiel neigt zum Antenneneffekt. Das bedeutet, dass an scharfen, freistehenden Objekten Schichtdickenüberhöhungen entstehen. Narayan Singh, Betriebsleiter bei CTC Praezision Tools, erläutert: „HiPIMS ermöglicht ultradünne Beschichtungen auch unter 1 µm, die die filigrane Geometrie ideal abbilden. Das homogene Schichtwachstum auf komplexen Werkzeuggeometrien rund um die Schneidkante sorgt für eine homogene Schichtdickenverteilung in sehr engen Toleranzen. So werden die Schneidkanten weder beeinflusst noch ungewollt verrundet.“
Wer extrem dünne Beschichtungen auf der filigranen Geometrie eines Mikrowerkzeugs haftfest und prozesssicher aufbringen will, braucht niedrige Eigenspannungen. Warum, erklärt Christoph Schiffers, Produktmanager Technology bei CemeCon: „Um die scharfen Schneidkanten bei kleinen Werkzeugen zu erhalten, muss die Beschichtung der Geometrie folgen. Die geringen Druckeigenspannungen der HiPIMS-Beschichtungen bieten einen unschätzbaren Vorteil sowohl bei einer 12 µm dicken Beschichtung für eine Wendeschneidplatte als auch bei 1 µm dünnen Beschichtungen für Mikrowerkzeuge.
Das kann man sich vorstellen wie bei einem dünnen Blech, dass mehrfach über scharfe Kanten gebogen wird. An den Biegestellen ist die Gefahr am größten, dass das Blech reißt. Das darf nicht passieren – auch bei der Beschichtung nicht, die sich über die Schneidkante legt. Je geringer die Eigenspannungen der Beschichtung sind, umso geringer ist auch diese Gefahr. Unsere CC800® HiPIMS bietet dafür einen besonderen Vorteil: die Synchronisation der HiPIMS-Pulse mit dem Substrattisch, wo die Beschichtung gezielt auf den Werkzeugen aufwächst. Damit lassen sich die Eigenspannungen kontrollieren und deutlich reduzieren – perfekt für sehr dicke Schichten und sehr dünne Beschichtungen auf den scharfen Schneiden von Mikrowerkzeugen.“
CC800® HiPIMS: flexibel, produktiv, gleichbleibende Qualität
Dabei ist die CC800® HiPIMS Garant für immer gleich bleibend hohe und reproduzierbare Qualität von Charge zu Charge. Die Beschichtungsanlage sorgt nicht nur für eine sehr homogene Schichtdickenverteilung auf der Oberfläche eines Werkzeugs, sondern auch innerhalb einer Beschichtungscharge – und das bei einer (fast) unendlichen Kombinierbarkeit unterschiedlichster Geometrien. Christoph Schiffers: „Präzisionsbeschichtung für Mikrowerkzeuge bei höchster Produktivität: Die hohe Gleichmäßigkeit und Homogenität erlauben eine dichte Beladung der Maschine. Ein Beispiel: Pro Charge lassen sich bei einem Schaftdurchmesser von 4 mm 1.800 Werkzeuge gleichzeitig innerhalb von zirka 4,5 Stunden mit 3 µm beschichten. So schnell arbeitet keine andere Beschichtungsanlage!“
„Darüber hinaus hat man bei der CC800® HiPIMS vollen Zugriff auf alle HiPIMS-Parameter und kann so eigene Beschichtungsprozesse (weiter-)entwickeln. Das ermöglicht einen hohen Individualisierungsgrad und somit Abgrenzung vom Wettbewerb“, ergänzt Ramesh Agarwalla.
Hohe Präzision mit Diamant
Die Bearbeitung von hochabrasiven HightechMaterialien etwa in der Dental- und Medizinaltechnik ist ohne diamantbeschichtete Mikrowerkzeuge kaum denkbar. Die hochpräzisen Multilayer CCDia®-Beschichtungen gibt es schon ab 3 µm Schichtdicke. Das Hot-Filament-Verfahren sorgt für eine homogene Schichtdickenverteilung mit engen Toleranzen – auch bei komplexen, filigranen Geometrien. Alle CCDia®-Beschichtungen verbinden die sehr hohe Haftung kristalliner Schichten mit der glatten Oberfläche nanokristalliner Schichten. Durch die extreme Härte von bis zu 10.000 HV0,05 sind sie sehr verschleißfest und erhöhen sowohl die Leistung als auch die Standzeit der Werkzeuge. Ihre hohe Wärmeleitfähigkeit sorgt für eine rasche Wärmeabfuhr. Dank des Multilayer-Aufbaus erreichen Zerspaner zudem eine deutlich höhere Prozess-Sicherheit. Ein perfektes Gesamtpaket für die Mikrobearbeitung.
Das Team von CTC Praezision Tools vor der hauseigenen CC800® HiPIMS (von links): Atanu Ghosh, Somveer Kumar, Debarshi Saha, Shree Narayan Singh, Anil Kumar und Somesh Mandal.
Über die CemeCon AG
CemeCon ist nach eigenen Angaben Weltmarktführer in der Diamant-Beschichtung und Technologieführer in der PVD- und vor allem HiPIMS-Beschichtung von Präzisions-Zerspanwerkzeugen. Die für Premium-Werkzeuge erforderlichen Schichtwerkstoffe werden in den von CemeCon entwickelten Beschichtungsanlagen hergestellt.
Kunden nehmen die Kompetenzen sowohl im Beschichtungsservice als für die Inhouse-Beschichtung in der eigenen Fertigung in Anspruch. Weltweit nutzen namhafte Werkzeughersteller die Technologie und das Expertenwissen von CemeCon für ihren eigenen Wettbewerbsvorsprung und zur Erschließung neuer Geschäftsfelder.
CemeCon hat die Zukunftstechnologie HiPIMS zur Marktreife gebracht. Sie vereint die Vorteile aller gängigen PVD-Beschichtungsverfahren – und das mit hoher Wirtschaftlichkeit. Mit HiPIMS sind höchste Leistungsfähigkeit und eine signifikant längere Lebensdauer der Werkzeuge auch bei der Bearbeitung extrem schwer zu zerspanender Materialien möglich. Maximale Produktivität in der Zerspanung von innovativen Werkstoffen – wie faserverstärkte Kunststoffe, Keramiken oder Graphite – garantiert die von CemeCon entwickelte patentierte Multilayer-Technologie in der Diamant-Beschichtung.
1986 von Dr. Toni Leyendecker gegründet, expandiert die CemeCon AG seit über drei Jahrzehnten beständig. Am Stammsitz in Würselen betreibt das Unternehmen das weltweit größte Beschichtungszentrum. Von dort aus und von den Zentren in den USA, China und Japan aus sowie durch unsere Vertriebspartner in Tschechien, Dänemark, Taiwan, Korea und Indien werden alle wichtigen internationalen Märkte bedient.
