Keramik : Hochpräzises Kombi-Bearbeitungszentrum von Kern

Technische Keramik hat viele positive Eigenschaften, die sich in zahlreichen Branchen nutzen lassen – von der Medizin- und Lebensmitteltechnik bis hin zur Pharmazie, Luft-/Raumfahrt und Automobilindustrie. Anwender schätzen ihre enorme Härte und Festigkeit ebenso wie die Beständigkeit gegen Temperatur und Korrosion. Auch die Lebensmittelverträglichkeit und Biokompatibilität sind wichtige Keramik-Charaktere, die den Einsatz des Werkstoffs vielseitig interessant machen.

Als schwierig und aufwendig gilt jedoch die mechanische Bearbeitung des Werkstoffs. Deshalb werden beispielsweise einzelne Komponenten von Zahnimplantaten bislang meist in mehreren Schritten produziert – zuerst als weicher, sogenannter Weißling gefräst, dann gesintert und anschließend auf Rund- oder Flachschleifmaschinen finalisiert. Ein Prozess, der nicht nur aufwändig ist und mehrere verschiedene Bearbeitungsmaschinen erfordert, sondern auch in punkto Präzision nicht das bestmögliche Ergebnis bringt.

Mit einem von Kern Microtechnik, Eschenlohe, neu entwickelten, simultanen Fünfachs-Fräs-Schleifzentrum können Fertigungsbetriebe neue Wege bei der Bearbeitung von Keramik und anderen harten Werkstoffen wie technischen Gläsern oder Hartmetallen gehen. Das bestätigt auch Sebastian Wühr, Werkleiter der Murnauer Auftragsfertigung von Kern, der die Kombimaschine bereits produktiv einsetzt: „Wir sind jetzt in der Lage, fertig gesinterte Hartkeramik zu fräsen und zu schleifen. So erreichen wir für unsere Kunden höchste Genauigkeiten, Festigkeiten und Oberflächengüten an Zahnimplantat-Komponenten.“

Entscheidend für die hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit des Fräs-Schleifzentrums sind zahlreiche entwicklungstechnische Details. So haben die Ingenieure des Unternehmens beispielsweise von dem erfolgreichen Fräszentrum Kern Micro die stabile Grundkonstruktion übernommen und auf diese Weise eine perfekte Basis für hohe Laufruhe geschaffen.

Da extrem hohe Drehzahlen für die Schleifbearbeitung unabdingbar sind, wurde eine HSK20-Spindel integriert, die bis zu 70.000 min-1 erreicht. Weiteres Highlight: Sie ist mit einer Drehdurchführung für innere Kühlmittelzufuhr (kurz IKZ) ausgestattet. Sebastian Wühr erklärt dazu: „Das ist für den praktischen Einsatz enorm wichtig, denn mit der IKZ können wir auch kleinste Sacklochbohrungen mit einem Millimeter Durchmesser wieder frei spülen, um so Werkzeugverschleiß oder Zusetzen der Schleifkörper zu vermeiden.

Von ebenso zentraler Bedeutung ist die angebaute Zentrifuge. Sie filtert permanent selbst kleinste Verunreinigungen aus dem Kühlschmiermittel, denn nur mit vollkommen sauberem Schmierstoff lassen sich IKZ Werkzeuge im Mikrobereich dauerhaft betreiben.

Für dauerhaft hohe Präzision ist darüber hinaus eine hohe thermische Stabilität wichtig. Diese stellt Kern durch ein innovatives Kühlmanagement sicher. Bernhard Uhr, stellvertretender Entwicklungsleiter bei Kern dazu: „In unserem Bearbeitungszentrum temperieren wir strukturell wichtige Bauteile mit einer Regelgenauigkeit von +/- 0,2° C. Dadurch sind ungewollte Komponentenausdehnungen durch Hitzequellen oder Raumtemperaturschwankungen auf ein Minimum reduziert und wir haben eine hervorragende Temperaturstabilität der Maschine. Nicht zuletzt dadurch erreichen wir Positioniergenauigkeiten von 1,2 µm in allen Linearachsen.“

Die Kern Micro Keramik ist primär für die höchstpräzise Fertigung von kleinen Werkstücken ausgelegt. Bei Bedarf lassen sich aber auch Produkte bis zu einer Größe von Ø 350 mm x 200 mm fünfachsig simultan bearbeiten, trotz der kompakten Maschinenabmessungen von etwa 3 m x 1,5 m.

Der standardmäßige 209-fach-Werkzeugwechsler lässt sich je nach Bearbeitungsschwerpunkt beliebig mit Fräs- und Schleifwerkzeugen beladen. Je nach Aufgabe und Einsatzgebiet kann das Kombizentrum aber auch mit einem Werkstückwechsler automatisiert werden, der ohne zusätzlichen Platzbedarf bis zu 30 Werkstückrohlinge aufnehmen kann. Einzig die Anzahl der einstellbaren Werkzeuge reduziert sich dann von 209 auf 101. Alternativ dazu ist es möglich, an das neue Fünfachs-Fräs-Schleifzentrum einen Roboter anzuschließen. Dieser führt die Bauteile dann von links oder von vorne dem Bearbeitungsraum zu.