Metallbauteile nach Maß aus der Großregion

26. Januar 2015


Sie bringen härteste Metalle in Wunsch-Form, lassen ohne Kraftaufwand und Bearbeitungsspuren auf Tausendstel Millimeter exakte technische Spezialbauteile z. B. für Motoren entstehen: Die Teams des Fertigungstechnikers Dirk Bähre und des Chemikers Harald Natter von der Saar-Uni arbeiten mit Forschern, Maschinenherstellern und Produktionsunternehmen aus der Region Saarland-Lothringen-Westpfalz daran, die Technologie des "präzisen elektrochemischen Abtragens" weiterzuentwickeln. Im Projekt "Initiative Precise" fließen die Forschungsergebnisse direkt in die Anwendung und in neue Produkte. Das Projekt wurde mit dem mit 25.000 Euro dotierten zweiten Platz des Interregionalen Wissenschaftspreises der Großregion ausgezeichnet.

"Unsere Region ist ein starker Standort in der elektrochemischen Metallbearbeitung. Wir haben hier eine ganze Reihe von Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die sich hierauf spezialisiert haben. Im Projekt Initiative Precise bündeln wir dieses Know-how und entwickeln die Technologie weiter", erklärt Professor Dirk Bähre. Der Ingenieur koordiniert die Initiative Precise, bei der Unternehmen und Forscher aus dem Saarland, Rheinland-Pfalz und dem französischen Lothringen Hand in Hand arbeiten: "Die Unternehmen kennen die Anforderungen an Zukunfts-Produkte und wir schaffen mit unserer Grundlagenforschung die Voraussetzung, sie zu realisieren", sagt Bähre. Im grenzüberschreitenden Netzwerk erarbeiten die Partner neue Konzepte, um Werkzeuge für die Serienfertigung herzustellen. "Kleine und mittelständische Betriebe, die keine eigene Forschungsabteilung haben, profitieren von unserer Forschung und überführen unsere Erkenntnisse in neue Produkte", sagt Bähre.

Elektrochemisches Abtragen macht es möglich, komplizierte Bauteile etwa für Flugzeugtriebwerke oder Fahrzeugmotoren kostengünstig und in hoher Stückzahl herzustellen. Bis auf Tausendstel Millimeter genau erzeugen die Ingenieure mit diesem Verfahren maßgeschneiderte technische Spezialanfertigungen – in einem Stück, aus harten, hochbelastbaren Metallen und ganz ohne Kraftaufwand. "Das Besondere dabei ist, dass die Form absolut frei gestaltet werden kann", sagt Bähre. Selbst komplizierteste Ecken und Kanten können in härtestem Metall umgesetzt werden. "Das Verfahren PhoGaTool, das wir in unserem Netzwerk von Chemikern, Mikrosystem- und Fertigungstechnikern entwickelt haben, ist kostengünstig und hochpräzise. Mit ihm können kraftstoffsparende Motorenteile fürs Auto, medizinische Implantate oder auch Rasiererköpfe wirtschaftlich hergestellt werden", erläutert der Fertigungstechniker.

Mit ihrem Verfahren bringen die Ingenieure und Chemiker Titan, Gusseisen, Hartmetalle, Nickel oder hochfeste Stahllegierungen in Form. Umspült von einer Elektrolytlösung nehmen alle diese Metalle exakt die gewünschte Geometrie an. Von der Wunschform wird hierzu zunächst mit Hilfe der Photolithographie ein Negativ erstellt: Durch Belichtung wird die Struktur einer Vorlage Schicht für Schicht in Fotolack übertragen. Die dreidimensionale Vorlage wird metallisch beschichtet und dient als Werkzeug für das folgende elektrochemische Abtragen. Dabei fließt elektrischer Strom zwischen dem Werkzeug, also der "Wunschform" (Kathode), und dem zu bearbeitenden Werkstoff-Rohling (Anode), die aufeinander gebracht und von einer stromleitenden Flüssigkeit, dem Elektrolyt, umspült werden. Hierdurch und mithilfe von Stromimpulsen werden winzige Metallteilchen vom Rohling abgetragen, und eine Positivform mit glatten Oberflächen entsteht. Haarrisse oder Bearbeitungsspuren gibt es nicht. "Das ist ein klarer Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren, bei denen die Bearbeitung Spuren wie Rillen oder Kratzer hinterlässt und das Material extremen Belastungen, also großen Kräften oder hohen Temperaturen, ausgesetzt wird", erläutert Bähre.

Die EU fördert die Initiative Precise im Interreg-Programm IV A (Großregion) aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung mit 1,3 Millionen Euro. Das Projekt startete im Jahr 2012.