Theorie, Verfahren und Ausrüstung des Feinschleifens

Die rasante Entwicklung der Luft- und Raumfahrttechnik, die bemerkenswerten Fortschritte in der Mikroelektronik sowie die rasante Entwicklung im Bereich der Biomedizin führen zu einer immer größeren Nachfrage nach präzisen und ultrapräzisen, winzigen und komplexen Bauteilen im mesoskopischen Maßstab. Die Größen dieser Bauteile reichen vom Mikrometer- bis zum Millimeterbereich, beispielsweise bei Mikrolaserkreisel, Bauteilen für Kleinstsatelliten sowie bei winzigen medizinischen Diagnosegeräten.

Durch den Einsatz von Mikrobearbeitungsmaschinen und Mikroschleifwerkzeugen (im Submillimeterbereich) im Rahmen der Mikroschleiftechnik lassen sich einerseits komplex geformte Kleinstteile aus verschiedenen Materialien bearbeiten, wodurch die die Einschränkungen von Technologien wie der Halbleiterfertigung, der Fotolithografie, LIGA und dem 3D-Druck, die sich durch eine begrenzte Materialauswahl, relativ einfache Strukturen (zweidimensional oder quasi-dreidimensional) und eine nicht ganz optimale Oberflächenqualität auszeichnen; Andererseits finden diese Verfahren im Vergleich zur Bearbeitung von Kleinstteilen mit herkömmlichen ultrapräzisen Werkzeugmaschinen aufgrund ihrer kompakten Bauweise und ihres geringen Energieverbrauchs große Beachtung im In- und Ausland, da sie einem energieeffizienten und umweltfreundlichen Produktionsmodell entsprechen.

Es bietet einen umfassenden Überblick über die Theorie, die Verfahren, die Werkzeuge und die Ausrüstung im Bereich des Feinschleifens.

Die wichtigsten Punkte sind: Erläuterung des Anwendungsbereichs des Konzepts des Feinschleifens und Darstellung der entsprechenden theoretischen Grundlagen; konventionelle sowie kombinierte Feinschleifverfahren; Vergleich der Herstellungstechniken und Leistungsmerkmale verschiedener Schleifwerkzeugtypen; Konstruktion einer Tisch-Mikromaschine und Durchführung von Genauigkeitsprüfungen. Der Inhalt berücksichtigt sowohl die Theorie als auch die Praxis, präsentiert die Kerntechnologien umfassend, trägt zur Überwindung technischer Engpässe bei und entsprichtPräzisionsfertigungAngesichts der vielfältigen Anforderungen in diesem Bereich handelt es sich um ein hochwertiges Fachbuch, das sich lohnt anzuschaffen, und um ein unverzichtbares Nachschlagewerk für die Arbeit in Forschung, Technik, Hochschulen und entsprechenden Unternehmen.

Zunächst wurden der Bedarf an der Mikrofertigungstechnologie sowie die wichtige Rolle der Feinzerspanung erläutert und die Konzepte und Anwendungsbereiche der Feinschleiftechnologie dargelegt.

Zweitens werden die grundlegenden Parameter des Feinschleifprozesses aufgezeigt, die theoretischen Grundlagen des Feinschleifens anhand von Ableitungen erarbeitet und die Simulationsverfahren für das Feinschleifen analysiert.

Drittens werden die Mechanismen des Feinschleifens bei verschiedenen Werkstoffen erläutert, wobei der Einfluss der Prozessparameter des Feinschleifens auf die Bearbeitungsqualität und -effizienz verdeutlicht wurde. Im Mittelpunkt standen die Prozessprinzipien, Merkmale und Anwendungen von Feinschleiftechniken, die durch verschiedene Energiefelder unterstützt werden, darunter chemische, UV-, Laser- sowie rein mechanische und mechanisch-chemische Verfahren. Zudem wurden konkrete Maßnahmen zur Qualitätskontrolle bei der Bearbeitung dargelegt.

Viertens werden die bestehenden Verfahren zur Herstellung von Feinschleifwerkzeugen – darunter Galvanisierung, Kaltbeschichtung, CVD, PCD (d. h. polykristalliner Diamant) und chemische Abscheidung – ausführlich vorgestellt, wobei die Verschleißmechanismen dieser Werkzeuge erläutert und ihre Gebrauchseigenschaften genau beschrieben werden.

Fünftens wird der Schwerpunkt auf die allgemeine strukturelle Anordnung von Mikromaschinen gelegt, wobei die Konstruktionsprinzipien der wichtigsten Komponenten wie Mikrospindeleinheit, Vorschubsystem, CNC-Steuerung und Überwachungssystem erläutert werden. Zudem wird eine vergleichende Analyse der Leistungsmerkmale bestehender Mikromaschinen im In- und Ausland durchgeführt.

Das Buch ist in fünf Kapitel unterteilt:

In Kapitel 1 werden der Begriff und der Anwendungsbereich des Feinschleifens erläutert;

In Kapitel 2 werden die theoretischen Grundlagen des Feinschleifens erläutert;

In Kapitel 3 werden konventionelle Feinschleifverfahren sowie kombinierte Feinschleiftechniken vorgestellt, die auf elektrochemischen, laser-, ultraschall- und mechanisch-chemischen Verfahren basieren.

In Kapitel 4 werden die Herstellungsverfahren für verschiedene Arten von Feinschleifwerkzeugen – darunter Galvanisierung, Kaltbeschichtung, CVD (chemische Gasphasenabscheidung), PCD (polykristalliner Diamant) und chemische Beschichtung – sowie deren Leistungsfähigkeit miteinander verglichen.

Kapitel 5 befasst sich unter anderem mit der Konstruktion von Tisch-Kleinwerkzeugmaschinen und der Prüfung ihrer Genauigkeit.

Das Buch dient als Nachschlagewerk für Wissenschaftler in den Bereichen Mikrobearbeitung, Präzisions- und Ultrapräzisionsfertigung sowie für Ingenieure und Techniker. Es eignet sich nicht nur für Masterstudierende des Fachbereichs Maschinenbau, sondern auch für Masterstudierende des Fachbereichs Intelligente Fertigung sowie für Studierende in höheren Semestern des Bachelorstudiums, und zwar sowohl für Studierende des Fachbereichs Maschinenbau als auch für Studierende des Fachbereichs Intelligente Fertigung.