Suchen

Fertigungstechnik Mikrowasserstrahl trennt wie ein Feinschnittlaser

| Redakteur: Lya Bartholet

>> Toleranzen im Bereich von 1/100 mm sowie kleinste Stegbreiten von kaum mehr als 1/10 mm kennzeichnen die Präzisionsformteile, welche die Metaq GmbH fertigt. Mit einer Anlage zum Mikrowasserstrahlschneiden von Daetwyler Industries fand das Unternehmen die perfekte Ergänzung zu Ätztechnologie und Laserfeinschneiden. Damit gelingt es, bei gleich hoher Präzision die Materialeinschränkungen von Ätzen und Lasern zu überwinden.

Firmen zum Thema

«Mit den Microwaterjet-Anlagen ist nun erstmals eine Maschine verfügbar, welche die Wasserstrahltechnologie mit der Präzision eines Feinschnittlasers verbindet», betont Metaq-Prokuristin Claudia Schemann.
«Mit den Microwaterjet-Anlagen ist nun erstmals eine Maschine verfügbar, welche die Wasserstrahltechnologie mit der Präzision eines Feinschnittlasers verbindet», betont Metaq-Prokuristin Claudia Schemann.
(Bild: Daetwyler)

Schon der Start des Unternehmens Metaq erfolgte mit einer Technologie-Innovation: 1969 brachte Lutz Hielscher aus den USA die Idee mit, per Ätzverfahren filigrane Teile aus Dünnblechen herzustellen. Mit drei Mitarbeitern und selbst gebauten Ätzanlagen begann seine Firma Metafot die Produktion. Der Firmenname ergab sich aus der Kombination von Produktmaterial und Verfahren: Metall plus Fotolithografie. Die Bleche werden mit einem Fotolack überzogen und die von den Kunden gewünschten Strukturen darauf projiziert. In den belichteten Bereichen härtet der Lack aus, an den übrigen Stellen wird er im nächsten Schritt abgewaschen. Die nicht mehr vom Photoresist geschützten Stellen werden anschliessend weggeätzt.

So entstehen feinste Teile, ohne dass ein Werkzeug benötigt wird. Manche der nach Kundenvorgaben hergestellten Teile wiegen nur wenige Milligramm und werden vom Auftraggeber in Reinräumen mithilfe von Spezialoptiken montiert. Um den Nachteil der Beschränkung auf maximal 2 mm dicke Bleche zu umgehen, führte Hielscher 1984 – wiederum als einer der ersten – das Laserfeinschneiden ein, zunächst mit CO2-Lasern. Später kamen YAG-Laser hinzu, aber auch damit lag der Fokus weiter auf der Metallbearbeitung. Um den zusätzlichen Fertigungstechnologien gerecht zu werden, wurde später auch der Firmenname in Metaq verändert, was für Metall und Qualität steht.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Wasserstrahl ergänzt Laserund Ätztechnologie

Nach dem Verkauf des Unternehmens 1985 an den heutigen Eigentümer kam das klassische Wasserstrahlschneiden hinzu. Damit konnte praktisch jeder Werkstoff geschnitten werden, ohne Werkzeuge für die Teile anfertigen zu müssen. Allerdings fiel das Wasserstrahlschneiden in Sachen Präzision gegenüber dem Ätzen und Laserschneiden drastisch ab. Ein gravierender Nachteil, denn beim anhaltenden Trend zur Miniaturisierung konnte das klassische Wasserstrahlschneiden nicht mithalten.

Als Geschäftsführer Peter Sack Ende 2011 in einer Fachzeitschrift von der um den Faktor 10 gesteigerten Genauigkeit des Mikrowasserstrahlschneidens las, zögerte er daher keine Sekunde. Von Daetwyler, dem Hersteller der Microwaterjet-Anlagen, liess er sich die Technologie vorstellen und Probeteile zeigen. Kurz danach war der Kauf perfekt. Denn, so erläutert Metaq-Prokuristin Claudia Schemann, «mit der Microwaterjet ist nun erstmals eine Maschine verfügbar, welche die Wasserstrahltechnologie mit der Präzision eines Feinschnittlasers verbindet.»

Seit Februar setzt nun das Unternehmen die Microwaterjet-F4-Anlage ein und ergänzt damit die anderen verwendeten Technologien optimal. Die wichtigsten Vorteile bilden die fast unbegrenzte Palette an bearbeitbaren Materialien sowie der schonende Schnitt. Mit hoher Präzision lassen sich beispielsweise Kunststoffe, Gummi, Glas, Plexiglas und Verbundwerkstoffe bearbeiten. Elastomerdichtungen etwa stellt Metaq nun mit deutlich gesteigerter Genauigkeit her. Auch jene Metalle, die sich nicht ätzen lassen, wie etwa Wolfram und Titan, lassen sich per Wasserstrahl schneiden. Diese Flexibilität ist für Kunden auch in der Prototypenfertigung ein grosser Vorteil.

Schneiden ohne hitzebedingte Aufhärtungen

Deutliche Vorteile des Mikrowasserstrahlschneidens sieht Verkaufsleiter Andreas Mayr «auch überall dort, wo ein Wärmeeintrag – wie er beim Lasern entsteht – unzulässig ist. Das trifft auf viele Teile aus der Luft- und Raumfahrtindustrie zu.» Wichtig ist das Schneiden ohne Aufhärtungen an Bauteilrändern und ohne wärmebedingten Verzug auch für zahlreiche Produkte aus der Medizintechnik, ebenso für den Schnitt von Federstählen.

Dabei sammelt man ständig Erfahrungen mit immer neuen Materialen. Zwar hält Metaq etwa 500 Werkstoffe ständig verfügbar, aber die Palette der Kundenwünsche geht natürlich weit darüber hinaus. Jüngst stand das Unternehmen vor der Aufgabe, ein spezielles technisches Gewebe zu schneiden. Dieses mit Scheren oder Messern zu trennen, hatte der Kunde zuvor schon ausgeschlossen, weil die Klingen zu schnell verschleissen. Der Laser schied aus, weil das Material an den Kanten verbrennt, Ätzen war natürlich auch nicht möglich. «Mit dem Mikrowasserstrahl konnten wir es aber hervorragend schneiden», berichtet Mayr. Auch Teile aus Glas stellt man inzwischen per Mikrowasserstrahl her.

So sind viele reale Aufträge auch gleichzeitig Tests, um die Möglichkeiten und Grenzen der Mikrowasserstrahltechnik kennenzulernen. Denn nachdem Daetwyler die Anlage aufgestellt und den ersten Metaq-Mitarbeiter im Umgang damit geschult hatte, startete sofort die Produktion. Und bald war die Microwaterjet F4 im Zweischichtbetrieb voll ausgelastet. Bislang, so Prokuristin Claudia Schemann, sei man mit der Anlage noch an keine Grenzen gestossen.

Kontinuierliche Filterung erhöhte die Verfügbarkeit

Damit die Maschine möglichst effizient genutzt werden kann, integrierte Daetwyler eine kontinuierliche Wasseraufbereitung in die Anlage für Metaq. Denn geschnitten wird stets in einem Wasserbecken, die Teile befinden sich unter der Wasseroberfläche - was gegenüber dem klassischen Wasserstrahlschneiden auch die Emissionen deutlich reduziert. Daher sammeln sich im Wasserbecken sowohl das Abrasiv, das dem Wasserstrahl zugesetzt wird, als auch Abrieb der Werkstücke. Das Wasser muss darum periodisch gewechselt und das Becken gesäubert werden. Das entfällt aber bei Metaq, weil das Wasser in einem Kreislaufsystem kontinuierlich gereinigt und die Feststoffe über spezielle Bandfilter abgeschieden werden.

In diesem System lässt sich gleichzeitig die Wassertemperatur im Schneidbecken konstant halten. Das ist wichtig, weil das Wasser sich während des Schneidens aufwärmt und die thermische Ausdehnung bei manchen zu schneidenden Materialien die Präzision beeinträchtigen kann. Daher bietet Daetwyler auch Microwaterjet-Anlagen mit temperierten Becken an.

Die Technologie kommt von Waterjet AG

Für die um den Faktor 10 gesteigerte Präzision und Wiederholgenauigkeit beim Mikrowasserstrahlschneiden sind mehrere Faktoren verantwortlich. Die Microwaterjet-Anlagen besitzen ein sehr stabiles Maschinenbett und ein beidseitig gelagertes Portal, das über zwei Kugelrollspindeln angetrieben wird. Damit die Positioniergenauigkeit im µm-Bereich eingehalten werden kann, wurden unter anderem Glasmassstäbe über die volle Länge installiert. Die garantierte, reproduzierbare Maschinenfähigkeit liegt im Bearbeitungsbereich von 600 x 1000 mm bei ± 1/100 mm. Zudem wurde der Durchmesser des eingesetzten Wasserstrahls - dem ein sehr feinkörniges Abrasiv beigesetzt wird – von 0,5 auf inzwischen 0,2 mm reduziert. Entwickelt hat die neue Technologie der Schweizer Wasserstrahl-Pionier Walter Maurer mit seiner Firma Waterjet AG. Hergestellt werden die Anlagen von dessen langjährigem Geschäftspartner, dem renommierten Schweizer Maschinenbaukonzern Daetwyler Industries.

Vom Einzelstück bis zur Millionenserie

Die Spannbreite der gefertigten Stückzahlen ist bei Metaq extrem gross. Die Palette reicht vom Einzelstück bis hin zu Serien mit mehr als einer Million Stück. Weil das Unternehmen sich mit seinen Technologien eine Nische gesichert hat, in der kaum Wettbewerber unterwegs sind, ist die Zahl der Kunden hoch. Jedes Jahr, so berichtet Claudia Schemann, stellen die gut 50 Mitarbeiter rund 14 000 verschiedene Teile für etwa 1000 Kunden her. Die Gesamtzahl der Kunden liegt mehr als doppelt so hoch, allerdings kaufen manche periodisch ihren Jahres- oder Zweijahresbedarf ein, sodass nicht jeder Kunde ständig als Käufer aktiv ist.

Hauptabsatzgebiet des Unternehmens ist Europa, mit Deutschland als Schwerpunkt. Geliefert wird in die verschiedensten Branchen wie Optik, Feinmechanik, Medizin- und Elektrotechnik, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, aber auch in den Bereich Kunst und Design. Zu den jährlichen Wachstumsraten von 7 bis 9 % trägt nun auch das Mikrowasserstrahlschneiden bei. Wenn sich das Geschäft mit dieser Technologie weiterhin so erfreulich entwickelt, wie in den ersten Monaten, hält Prokuristin Schemann auch die Anschaffung einer zweiten Anlage für möglich. <<

(ID:35248890)