Prinzip der Mikro-Elektroerosionsbearbeitung (Micro EDM)

Die Mikro-Elektroerosion (EDM) ist eine hochentwickelte Fertigungstechnik, die in der Feinmechanik zur Bearbeitung leitfähiger Materialien eingesetzt wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich erheblich von den herkömmlichen Bearbeitungsmethoden, da es mit elektrischer statt mechanischer Energie arbeitet. Im Folgenden werden die grundlegenden Prinzipien des Mikro-Erodierens vorgestellt und erläutert, wie mit diesem Verfahren eine hohe Präzision bei der Bearbeitung erreicht werden kann.

Grundprinzip der Mikro-EDM

Die Mikroerosion beruht auf dem Prinzip des Materialabtrags durch den kontrollierten Einsatz von elektrischen Funken, die zwischen einer Werkzeugelektrode und einem Werkstück in einem isolierenden flüssigen Medium entstehen. Die Schlüsselkomponenten und ihre Funktionen beim Mikro-Erodieren sind wie folgt:

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1. Gepulste Stromversorgung:
   • Erzeugt Gleichstromimpulse, die für die Erzeugung der für die Bearbeitung erforderlichen elektrischen Funken unerlässlich sind.
2. Automatische Vorschubsteuerung:
   • Hält einen optimalen kleinen Spalt zwischen der Werkzeugelektrode und dem Werkstück aufrecht und sorgt so für eine gleichmäßige Funkenbildung und Materialabtragung.
3. Wechselwirkung zwischen Elektrode und Werkstück:
   • Die Werkzeugelektrode und das Werkstück berühren sich nicht; stattdessen wird ein kleiner Spalt aufrechterhalten, in dem die Funken entstehen, so dass das Werkzeug Materialien bearbeiten kann, die härter sind als es selbst, ohne direkten Kontakt oder makroskopische Schnittkräfte.

Mechanik des Materialabtrags

Der Abtragsprozess beim Mikroerodieren wird durch mehrere Schritte erleichtert:

1. Bildung eines elektrischen Feldes:
   • Eine gepulste Spannung erzeugt ein ungleichmäßiges elektrisches Feld zwischen den Elektroden. Wenn die Intensität des Feldes einen kritischen Wert erreicht, kommt es zu einer Feldemission, die zur Emission von Hochgeschwindigkeitselektronen führt.
2. Ionisierung und Aufspaltung:
   • Die emittierten Elektronen kollidieren mit den Atomen in der Arbeitsflüssigkeit, ionisieren sie und führen schließlich zu einer Zersetzung der Flüssigkeit, die einen Entladungskanal bildet.
3. Wärmeentwicklung und Materialerosion:
   • Die schnelle Bewegung von Ionen und Elektronen im Kanal erzeugt erhebliche Hitze, die das Material an den Elektrodenoberflächen zum Schmelzen und Verdampfen bringt und Entladungskrater bildet.
4. Beseitigung von Erosionsprodukten:
   • Die Ausdehnung des Gases im Entladungskanal übt einen Druck aus, der dazu beiträgt, die geschmolzenen und verdampften Materialien aus der Entladungszone auszutreiben.

Kontrolle und Optimierung beim Mikro-EDM

Beim Mikro-Erodieren ist die Kontrolle über Pulsdauer und -intervall entscheidend. Nach jeder Pulsentladung:

• Entionisierung der Arbeitsflüssigkeit:
  • Die Arbeitsflüssigkeit braucht Zeit, um in ihren isolierenden Zustand zurückzukehren. Eine unzureichende Entionisierung kann zu unerwünschten stabilen Bogenentladungen führen, die den Bearbeitungsprozess beschädigen können.
• Pulsintervallzeit:
  • Eine ausreichende Zeitspanne zwischen den Impulsen sorgt dafür, dass die Flüssigkeit vollständig entionisiert und von Erosionsprodukten befreit wird, was Kurzschlüsse verhindert und die Stabilität der nachfolgenden Entladungen gewährleistet.

Anwendungen und Vorteile

Die Mikroerosion wird in vielen Branchen eingesetzt, in denen hohe Präzision und die Fähigkeit zur Bearbeitung extrem harter Materialien erforderlich sind. Die Anwendungen erstrecken sich über verschiedene Sektoren, wie z. B. die Luft- und Raumfahrt für die Bearbeitung von Kühlungslöchern in Turbinenschaufeln, den medizinischen Bereich für die Herstellung komplizierter Implantate und die Werkzeug- und Formenbauindustrie für den detaillierten Formenbau.

Schlussfolgerung

Das Mikroerodieren zeichnet sich in der Fertigungswelt durch seine Fähigkeit aus, leitfähige Materialien beliebiger Härte mit Präzision und ohne direkten Kontakt zu bearbeiten. Dieses Verfahren ist unerlässlich für die Herstellung komplexer Geometrien, die mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nur schwer zu erreichen sind. Durch die ständige Weiterentwicklung der Mikro-Erodiertechnik werden ihre Fähigkeiten ständig verbessert, was sie zu einem wichtigen Werkzeug im Arsenal der modernen Fertigungstechniken macht.