Funkenerosives Ultrafeinbohren mit Kohlefaserelektroden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429769676

Die aktuellen Bearbeitungsgrenzen des funkenerosiven Feinbohrens liegen bei einem minimalen Bohrungsdurchmesser von Dmin = 6,5 Mikrometer mit einem Aspektverhältnis von l/D = 7,5. Schwierigkeiten beim funkenerosiven Bohren mit kleinen Durchmessern D bestehen in der Fertigung und Führung der Werkzeugelektrode. Für Bohrungen mit Durchmessern D <= 50 Mikrometer können in der Regel keine konventionellen Stabelektroden eingesetzt werden. Stattdessen müssen die erforderlichen Stabelektroden durch funkenerosives Abrichten hergestellt werden, was zu einer erheblichen Steigerung des Fertigungsaufwands sowie der Fertigungskosten führt.Die geringen Durchmesser D, die gute elektrische Leitfähigkeit K sowie niedrige Kosten sind Hauptvorteile der Kohlefasern gegenüber herkömmlichen Elektroden bezüglich der Herstellung von Bohrungen mit Durchmessern D im niedrigen Mikrometerbereich. Der Einsatz von einzelnen Kohlefasern als Elektroden für das funkenerosive Ultrafeinbohren ist jedoch nicht ausreichend wissenschaftlich untersucht. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erforschung, Entwicklung sowie Bereitstellung von Fertigungstechnologien und Bearbeitungsstrategien zum funkenerosiven Ultrafeinbohren von zylindrischen Bohrungen mit Durchmessern von 10 Mikrometer <= D <= 30 Mikrometer und Aspektverhältnissen l/D >= 10 unter Verwendung von Kohlefaserelektroden. Da zum aktuellen Zeitpunkt keine Erkenntnisse über den werkstoffbezogenen Abtragprozess bekannt sind, sind hierzu technologische Untersuchungen in Abhängigkeit von Generatorparametern und den Dielektrika notwendig. Neben der Erforschung grundsätzlicher Zusammenhänge von Prozessgrößen werden bei der Entwicklung der Fertigungstechnologien insbesondere das maximal erreichbare Aspektverhältnis l/D, die minimal erzielbaren Fertigungstoleranzen, die maximal erreichbare Abtragrate Vw und die Reproduzierbarkeit im Fokus der Analysen stehen.Nach Abschluss des Forschungsvorhabens stehen grundlegende Kenntnisse über den werkstoffbezogenen Abtragprozess, Interaktionseffekte zwischen Werkzeug und Werkstück sowie Technologien für das funkenerosive Ultrafeinbohren mit Kohlefaserelektroden von einzelnen Bohrungen zur Verfügung. Die im Projekt zu entwickelnde Technologie kann für die Herstellung von Bauteilen, wie beispielsweise Membranen, Spinndüsen, Luftlagern und Mikrodosierern, eingesetzt werden und helfen, Herstellungskosten und Produktionszeit zu reduzieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen