Lasertechnologie zum Diamentenschneiden: Juwel der EU-Industrie

Unter Einsatz von Lasertechnologie entwickeln DIPLAT-Forscher die nächste Generation von Hochleistungswerkzeugen auf Basis von Industriediamant.

Diamanten und andere ultraharte Materialien werden in Industrie und Fertigung in zahlreichen Bereichen verwendet. Kleine Diamantteilchen sorgen beispielsweise für härtere Sägeblätter, Bohrer und Schleifscheiben. Zu einem Pulver gemahlen, kann damit eine Diamantpaste zum Polieren oder zum sehr feinen Mahlen hergestellt werden.

Paradoxerweise stellt aber gerade diese extreme Härte – also die Eigenschaft, die Industriediamanten so wertvoll macht – bei der Entwicklung der nächsten Generation von Hochleistungswerkzeugen die größte Herausforderung dar. Die Herstellung präziser und komplexer 3D-Freiformgeometrien und Strukturen aus Industriediamanten und anderen ultraharten Materialien hat sich als technisch sehr schwierig erwiesen. Das EU-geförderte Projekt DIPLAT befasst sich seit Januar 2013 mit diesem Problem und will mit Lasern einen technologischen Durchbruch schaffen.

Das wird der europäischen Industrie ermöglichen, sich diesen wachsenden Markt für Hochleistungsfertigung und -werkzeuge zu Nutze zu machen. Das Projekt wird mit insgesamt 3,2 Mio. EUR von der EU gefördert und will neue Möglichkeiten hinsichtlich des Entwurfs von Hochleistungswerkzeugen schaffen.

Damit würde man den hoch spezialisierten europäischen KMU der Werkzeug- und Werkzeugmaschinenbranche einen deutlichen Wettbewerbsvorteil verschaffen.

DIPLAT baut auf das Potenzial von Kurz- und Ultrakurzpulslasern mit hoher Brillanz. Diese auf dreidimensionaler gepulster Laserablation (3D Pulsed Laser Ablation, PLA) basierende Technik wird man für verschiedene industrielle Anwendungen entwickeln und demonstrieren. Bei der Laserablation wird Material durch Laserbestrahlung von einer festen Oberfläche entfernt, was zu einer glatteren und besser definierten Kante führt.

Eines der in dem Projekt untersuchten speziellen Materialien ist polykristalliner Diamant (PKD). Die Abriebfestigkeit dieses Werkstoffs ist normal bis zu 500 Mal höher als die von Hartmetall. Seine hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht ein Ableiten der Wärme weg von der Schneidkante, was einen schnellen Werkzeugverschleiß verhindert. PKD-Produkte kommen in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, Elektronik, Holzverarbeitung und in der optischen Industrie in umfassendem Maße zum Einsatz.

Zwar weisen PKD-Materialien mit größeren Kristallen eine höhere Abriebfestigkeit auf, führen aber gleichzeitig zu einer raueren Schneidkante. Umgekehrt ergeben kleinere Kristalle eine glattere Schneidkante, resultieren aber in einer kürzeren Lebensdauer des Werkzeugs.

Kubisches Bornitrid (CBN) ist ein weiteres ultrahartes Material, das an zweiter Stelle direkt nach synthetischen Diamanten steht und als Schleifmittel verwendet wird. Einer der physikalischen Vorteile von CBN gegenüber konventionellen Schleifmitteln besteht darin, dass es nicht nur bei Umgebungstemperatur härter ist, sondern diese Härte auch über einen breiten Temperaturbereich beibehält.

DIPLAT will es den Werkzeugherstellern ermöglichen, aus diesen Materialien sehr spezifische Funktionsoberflächen (mit kontrollierten Mikrogeometrien) zu entwerfen, um die Industrie mit dem benötigten genauen, leistungsstarken Werkzeug zu versorgen. Das Projekt läuft bis Juli 2016 und wird dann die überlegene Leistung und Funktionalität der neuen Werkzeuge in anspruchsvollen industriellen Anwendungen demonstrieren.

DIPLAT stellt im Hinblick auf eine neuartige Werkzeugtechnologie einen Meilenstein dar und hilft dabei, der europäischen Fertigungsindustrie eine Führungsposition in der maschinellen Hochleistungsbearbeitung zu verschaffen. So wird man Endnutzern eine erweiterte Funktionalität und hervorragende Maschinenleistung bieten und letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit Europas stärken.

Weitere Informationen sind abrufbar unter:

DIPLAT
www.fp7-diplat.eu/

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Schweiz