Das Labor für Mikrozerspanung (LFM) ist ein Forschungs- und Entwicklungszentrum, das sich der praxisnahen Weiterentwicklung ultrapräziser mechanischer Fertigungsverfahren widmet. Es bietet Industrieunternehmen und Forschungsinstituten Problemlösungen für die Herstellung anspruchsvoller optischer und mechanischer Bauteile, die heute auf zahlreichen innovativen Gebieten von der Medizintechnik bis zur astronomischen Forschung eine Schlüsselrolle spielen.
Das LFM forscht auf den Gebieten der ultra-präzisen mechanischen Fertigung wie der Dreh- und Fräsbearbeitung mit Diamantwerkzeugen auf Ultrapräzisionsmaschinen, dem Präzisionsschleifen und Polieren sowie der Mikrofertigung. Fester Bestandteil der Aktivitäten ist auch die hochgenaue Fertigungsmesstechnik. Das LFM arbeitet insbesondere an der Entwicklung von Prozessketten und der werkstofforientierten Fertigung im Bereich des Formenbaus für komplexe Optikkomponenten sowie für Präzisions- und Mikrobauteile.
Das Labor für Mikrozerspanung (LFM) widmet sich seit seiner Gründung im Jahre 1992 erfolgreich der praxisnahen Weiterentwicklung ultrapräziser mechanischer Fertigungsverfahren. Das LFM bietet Industrieunternehmen und Forschungsinstituten Problemlösungen für die Herstellung anspruchsvoller optischer und mechanischer Bauteile, die heute auf zahlreichen innovativen Gebieten von der Medizintechnik über die Automobil‑ und Beleuchtungstechnik, im optischen und Präzisionsformenbau, industriellen Messtechnik bis zur astronomischen Forschung eine Schlüsselrolle spielen.
Die Forschungsschwerpunkte des Labor für Mikrozerspanung liegen insbesondere in der Entwicklung von Prozessketten und der werkstofforientierten Fertigung im Bereich des Formenbaus für komplexe Optikkomponenten sowie der Fertigungsprozesse für Präzisions- und Mikrobauteile. Im Vordergrund stehen dabei ultra-präzise mechanische Fertigungsverfahren wie die Dreh- und Fräsbearbeitung mit Diamantwerkzeugen, das Präzisionsschleifen und Polieren sowie die Mikrofertigung durch Mikrofräsen und Mikroschleifen.
Durch Diamantbearbeitungsverfahren lassen sich beispielweise optische Freiformflächen und Asphären herstellen oder auch mikrostrukturierte Optikbauteile wie Mikrolinsenarrays, Fresnellinsen oder diffraktive Elemente. Präzisionsschleifverfahren und Poliertechnologien wiederum erschließen die Bearbeitung weiterer Werkstoffklassen, z.B. die Herstellung optischer Formeinsätze oder Linsen aus spröd-harten Materialien. Die Entwicklung spezieller Fertigungsverfahren einschließlich ihrer Peripherie steht hierbei im Vordergrund. Die Mikrobearbeitungsverfahren spielen eine zentrale Rolle für die Herstellung und Strukturierung von Formwerkzeugen für die Mikro‑ und Präzisionsumformtechnik und anderer, tribologisch hochbelasteter Bauteile. Die hochgenaue Zerspanung medizintechnischer Werkstoffe, wie z.B. Implantatkeramik, erschließt sich ebenfalls durch die Technologien der Mikrozerspanung.
Für die Forschungsarbeiten stehen im LFM verschiedene mehrachsige Ultrapräzisions-Werkzeugmaschinen zur Bauteilbearbeitung in einem 300qm großen klimatisierten Werkstattbereich zur Verfügung. Fester Bestandteil der Aktivitäten ist auch die hochgenaue Fertigungsmesstechnik. Die Analyse von Prozessgrößen wie Bearbeitungskräften oder Körperschallemission wird in Kombination mit der Bauteilcharakterisierung zur Prozessentwicklung eingesetzt. Zur Bewertung der bearbeiteten Oberflächen stehen verschiedenste hochauflösenden Messgeräte zur Form‑ und Oberflächenbewertung und Werkcharakterisierung bereit. Diese reichen von der Rasterkraftmikroskopie über die Weißlichtinterferometie und Konfokalmikroskopie bis zur Koordinatenmesstechnik, Asphärenprofilometrie und Interferometrie.
Intraokularlinsen (IOL) sind kleine Kunststoffoptiken, die bei einer Kataraktoperation als Ersatz für die natürliche Linse in das menschliche Auge implantiert werden. Bisher war die Serienproduktion auf die Einzelfertigung von IOLs beschränkt.
Zukünftig soll die Kombination aus Diamantdrehen und Fast-Tool-Servo-(FTS)-Technologie eine kostengünstige Herstellung hochwertiger, komplexer und freigeformter optischer Oberflächen ermöglichen, wodurch verschiedene IOL-Typen in einer einzigen Aufspannung gefertigt werden können. Die Hauptaufgabe des Leibniz-IWT besteht darin, einen neuartigen Fertigungsprozess zur effizienten und flexiblen Herstellung von Freiform-Intraokularlinsen aus hydrophobem Acrylatmaterial unterhalb der Glasübergangstemperatur Tg zu entwickeln. Dazu wird eine geeignete Kühlspannvorrichtung konzipiert, die die Parallelisierung der Produktion unterschiedlicher Linsentypen in einem einzigen Produktionsdurchlauf ermöglicht.
Kooperation: Amiplant GmbH
Förderung: BMBF KMU-innovativ-Produktionsforschung
Kontakt:
M.Sc. Wei Wang
Tel.: +49 421 218 51162
E-Mail: wang@iwt-bremen.de
In diesem Vorhaben werden erstmals Normal- und Schubspannungen in der Kontaktzone beim Einsatz von Diamantschleifscheiben mit Korngrößen über D301 zur duktilen Bearbeitung sprödharter Werkstoffe ermittelt, um den vorherrschenden Trennmechanismus durch werkstoffphysikalische Kenngrößen beschreiben zu können. Bisher liegen der Berechnung von Spanungsdicken, die über den Trennmechanismus entscheiden, phänomenologische Ansätze zugrunde.
Deren Voraussagekraft bezüglich der Materialtrennung ist aufgrund des Einflusses der Schleifscheibentopographie, die in den bisherigen Berechnungsformeln statistischer Natur ist, allerdings begrenzt. Daher findet eine vollständige Beschreibung der Schleifscheibentopographie statt, um die Kontaktflächen mit dem Werkstück zu bestimmen. Die Messung von Prozesskräften ermöglicht in Kombination mit den ermittelten Eingriffsflächen die Berechnung von Normal- und Schubspannungen in der Kontaktzone. Deren Auswirkungen auf den Materialtrennmechanismus werden durch die Untersuchung der Randzone hinsichtlich Tiefenschädigungen ermöglicht. Dabei ist das Hauptziel des Vorhabens die Erstellung eines übergeordneten Prozessmodells.
Förderung: DFG
Kontakt:
M.Sc. Barnabas Adam
Tel.:+49 421 218 51170
E-Mail: adam@iwt.uni-bremen.de
Ultraschallunterstützte Zerspanung mit Diamantwerkzeugen gilt als Schlüsseltechnologie zur Reduzierung des katastrophalen Werkzeugverschleißes bei der ultrapräzisen Bearbeitung von Stahlwerkstoffen. Die wirtschaftliche Bearbeitung verschiedener Stähle bei deutlich reduziertem Verschleiß des Diamantwerkzeugs wurde durch die Einführung des elliptischen Vibrationsschneidens mit überlagerter Ultraschall-Werkzeugbewegung weiter verbessert.
das Ergebnis des Bearbeitungsprozesses allein durch die geänderte Prozesskinematik aufgrund der Werkzeugbewegung oder aber durch die Energie eines umgebenden Ultraschallfeldes beeinflusst wird, ist Forschungsgegenstand in diesem Projekt. Das Vorhaben widmet sich der Zerspanung in einem Ultraschallfeld mittels eines Ultraschallbades. Die Ergebnisse zeigen, dass die Prozesskräfte mit zunehmender Ultraschallenergie um bis zu 50 % abnehmen, während die Oberflächenrauheit von der Ultraschallenergie unbeeinflusst bleibt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ultraschallinduzierte Erweichung einen Einfluss auf den Schneidprozess hat, was in zukünftigen Untersuchungen die Bearbeitung sprödharter Materialien verbessern könnte.
Förderung: DFG
Kontakt:
Dr.-Ing. Oltmann Riemer
Tel.: +49 421 218 51121
E-Mail: riemer@iwt.uni-bremen.de
Das Mikrofräsen hat sich in zahlreichen Branchen als bedeutendes Fertigungsverfahren etabliert, das durch Flexibilität, Präzision und Zuverlässigkeit überzeugt. Insbesondere in der Mikrotechnik ist dieses Verfahren essenziell für die Herstellung von Kleinstbauteilen, die in der Mikroelektronik und medizinischen Anwendungen benötigt werden.
Bei solchen Anwendungen ist es entscheidend, das Mikro-Tiefziehen trocken durchzuführen, um Verunreinigungen durch Mineralöle zu vermeiden. Die Trockenumformung führt jedoch zu einer erheblichen Erhöhung der Reibung im tribologischen Kontakt. Ziel der Forschungsarbeit ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen für die Herstellung und empirische Modellierung der tribologischen Eigenschaften gefräster Mikrotexturen auf gehärteten Werkzeugstählen und darauf abgeschiedenen PVD-Hartstoffbeschichtungen zu erarbeiten. Darüber hinaus sollen Gestaltungsempfehlungen für mikrotexturierte und PVD-hartstoffbeschichtete Werkzeugoberflächen für Trockenumformprozesse entwickelt werden, wobei vorgegebene Lastkollektive berücksichtigt werden.
Kooperation: Leibniz-IWT FT/WT
Förderung: DFG
Kontakt:
M.Sc. Pooria Farahani
Tel.: +49 421 218 51165
E-Mail: farahani@iwt.uni-bremen.de
Im Transferprojekt T08 des SFB/TRR 136 wird die Abhängigkeit lokaler Werkstoffbeanspruchungen von der Werkzeuggeometrie bei der energieunterstützen Diamantzerspanung von Silizium ermittelt.
Mit dem erstmals für Silizium eingesetzten beanspruchungsorientierten Ansatz der Prozesssignaturen wird innerhalb dieses Vorhabens der Einfluss einer gezielten Variation mechanischer und thermomechanischer Werkstoffbeanspruchungen für die geometrisch bestimmte Zerspanung untersucht. Unter Zuhilfenahme einer Prozesssimulation werden die lokalen Beanspruchungen in Form der von-Mises-Vergleichsspannung und der absoluten Temperatur bestimmt. Zur Validierung werden experimentelle Analysen mithilfe von vibrations- und laserunterstützen Diamantdrehprozessen durchgeführt. Die Werkzeugentwicklung für diese Prozesse ist für den industriellen Projektpartner von großem wirtschaftlichen Interesse.
Kooperation: Gruppe Matzdorf GmbH
Förderung: DFG (SFB/TRR 136)
Kontakt:
Dr.-Ing. Oltmann Riemer
Tel.: +49 421 218 51121
E-Mail: riemer@iwt.uni-bremen.de
Das Ziel dieses Industrieprojektes ist die Weiterentwicklung der ultrapräszisen Drehbearbeitung zur Herstellung von Mehrfach-Linsenhalterungen für das METIS-(„Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph“)-Sub-Instrument SCAO („Single Conjugated Adaptive Optics“) mit drei Linsen-Systemen. SCAO ist erforderlich für die Korrektur atmosphärischer Verzerrungen des Extremely Large Telescope (ELT), Europas Großteleskop der nächsten Generation für optische und infrarote Wellenlängen.
METIS wird beugungsbegrenzte Bildgebung, niedrig- und mittelauflösende Spaltspektroskopie und Koronagraphie für kontrastreiche Bildgebung sowie hochauflösende integrale Feldspektroskopie bieten. Gegenstand der Arbeiten in Zeitraum August 2024 bis Januar 2025 ist die Herstellung von verschieden großen Halterungen und Befestigungsringen aus verschiedenen Aluminiumlegierungen mit Außendurchmesser von 170 mm bis 300 mm für die Aufnahme von Glaslinsen. Ziel ist neben dem Erreichen einer geforderten Oberflächenqualität (Sa < 50 nm) an den Kontakt- und Reibflächen der Glaslinsen die Einhaltung minimaler Längen- und Durchmesser- Toleranzen mit wenigen Mikrometern.
Auftraggeber: Max-Planck-Institut für Astronomie MPIA, Heidelberg/im Auftrag der Europäischen Südsternwarte (ESO)
Kontakt:
Dr.-Ing. Kai Rickens
Tel.: +49 421 218 51160
E-Mail: rickens@iwt.uni-bremen.de
