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MiniMill-Fräsmaschine

Mikrofräsen im High-Speed-Tempo

Die Herstellung mikrostrukturierter Bauteile ist in der Medizintechnik nicht mehr wegzudenken. Kompakte Hochpräzisionsmaschinen sind eine Alternative zu teuren, herkömmlichen Maschinenanlagen.

Ob Mikromembranpumen, Herzimplantate oder maßgeschneiderte Mini-Labore – kleinste Strukturen benötigen flexible und effiziente Werkzeugmaschinen, die filigrane Strukturen auf komplexen Oberflächen mit hoher Präzision der geometrischen Elemente herstellen. Ein Mikrofräser, der dank ungebremster Kraft seiner Linearantriebe Oberflächen mit über 100.000 Umdrehungen pro Minute bearbeitet, ist dafür das passende Instrument.

Die MiniMill-Fräsmaschine ist kompakt, äußerst schnell und ultrapräzise”, fasst Entwickler und Projektleiter Rainer Klar vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen die wesentlichen Eigenschaften zusammen. Mit dem Maschinenkonzept schlagen die Aachener ein neues Kapitel in der Mikrobearbeitung komplexer Freiformflächen und filigraner Bauteilstrukturen auf. Neben den herkömmlichen Fräsanlagen wirkt die MiniMill schlank und handlich, denn sie benötigt nur eine Aufstellfläche von einem Quadratmeter – herkömmliche Maschinen sind mindestens drei mal so groß.

Doch die Innovationen stecken auch in den technischen Finessen der vom Fraunhofer IPT entwickelten und aus Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) sowie durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke (AiF) geförderten Bearbeitungsmaschine.

Optimale Bewegung in jede Richtung

Den IPT-Wissenschaftlern ging es in erster Linie um eine kostengünstige und produktionstechnisch hochwertige Alternative zu den bisherigen Maschinentypen. Bessere Eigenschaften, wie die schnelle und präzise Achsbewegung, eine Positioniergenauigkeit des Fräsers von zwei Mikrometern sowie ein gegenüber herkömmlichen Fräsmaschinen zehnmal höherer Achsruck, der die Dynamik des Fräskopfs beschreibt, sprechen für eine grundlegende Optimierung der Standardkomponenten heutiger Fräsmaschinen. „Das Entwicklungsziel war die Integration von elektrischen und mechanischen Komponenten zu einem kompakten Maschinensystem mit neuester Antriebs- und Regelungstechnik”, sagt Klar.

Durch zahlreiche Dämpfungs- und Entkopplungsmaßnahmen reduzierten die MiniMill-Entwickler die bremsende Wirkung auf die Direktantriebe. Die Frässpindel beispielsweise bewältigt ohne Präzisionseinbußen gegenüber herkömmlichen Maschinen längere Bearbeitungswege in kürzerer Zeit. Testläufe ergaben rund 30 Prozent Zeitersparnis.

Granit verleiht hohe Stabilität

Ein wichtiges Detail ließen sich die IPT-Spezialisten beim Maschinenaufbau einfallen. So ruhen die Schlittensysteme auf einem stabilen Maschinenbett aus Granit. Ein ideales Material, um Schwingungen zu dämpfen und der gesamten Fräsanlage auf Grund der geringen Eigenspannung ein sicheres Fundament zu geben. Die Konstruktion bietet nicht nur Halt für die beweglichen Teile, sondern sorgt für die Präzision der Fräsmaschine: Der Kreuztisch hat einen vertikalen Lagerabstand von weniger als 100 Millimetern und die Positioniergenauigkeit des Fräsers erreicht jenen Wert von weniger als zwei Mikrometern. abeu