Diamantbasierte Polierwerkzeuge für die industrielle Fertigung

Aufbauend auf einer Innoscheck Machbarkeitsstudie aus dem Jahr 2022 entwickelt 6C-Tools mit Unterstützung von RhySearch neuartige Werkzeuge für das industrielle Polieren von hochpräzisen Oberflächen. Am Innosuisse-Projekt beteiligt sind die OST - Ostschweizer Fachhochschule und vier Industriepartner. 

Die Umform- und Vakuumtechnik ist auf Bauteile und Werkzeuge aus gehärteten Stählen oder Hartmetallen mit hochwertigen Oberflächen angewiesen. Bei ihrer Herstellung ist das Polieren oft der letzte, aber zugleich sehr entscheidende und kostspielige Arbeitsschritt. Dieser wird typischerweise mit nachgiebigen Werkzeugen in Kombination mit ungebundenen Hartstoffkörnern (zum Beispiel in Poliermitteln oder Polierpasten enthalten) umgesetzt. Das Polieren erfolgt bisher meist manuell, weshalb die Qualität vom Mitarbeitenden abhängig ist und stark variieren kann. Die damit fehlende Reproduzierbarkeit schlägt sich bei-spielsweise in unterschiedlichen Standzeiten von (polierten) Umformwerkzeugen nieder, was wiederum unerwartete und plötzliche Service-Einsätze zur Folge hat. Zudem geht durch den hohen manuellen Aufwand und die fehlende Automatisierung Effizienz in der Produktion verloren.

Nach einer Machbarkeitsstudie, die 2022 mit einem Innovationsscheck umgesetzt wurde, startete das erweiterte Projektkonsortium – bestehend aus vier Industriepartnern, der OST als Forschungspartner und RhySearch als Hauptforschungspartner – im Dezember 2023 ein 26-monatiges Innovationsprojekt. Die Projektpartner entwickeln und testen innovative Polierwerkzeuge, die auf CNC-Maschinen eingesetzt werden können und somit ein reproduzierbares, automatisiertes Polieren ermöglichen. Das Ziel sind geringere Produktionskosten, verkürzte Durchlaufzeiten und insbesondere eine wiederholgenauere Qualität bei der Herstellung polierter Hochpräzisionsbauteile. Im ersten Projektjahr wurden umfangreiche Untersuchungen umgesetzt. Während ein Industriepartner die innovativen Polierwerkzeuge herstellt, erprobt und optimiert RhySearch deren Einsatz anhand von drei ausgewählten industriellen Anwendungsfällen.

Durch standardisierte Versuche auf der 5-Achs-Fräsmaschine «MicroHD» von Kern Microtechnik werden unterschiedliche Werkzeug-Geometrien und Prozessparameter getestet und deren Verhalten auf unterschiedlichen Materialien charakterisiert. Neben Abtrags- und Rauheitsmessungen, die bei RhySearch mit dem 3D-Profilometer «S neox» von Sensofar durchgeführt werden, ist die enge Zusammenarbeit mit der OST für die Charakterisierung von Oberflächen und Verschleiss wertvoll.

Durch die Nutzung der modernen Forschungsinfrastruktur des Instituts für Mikrotechnik und Photonik (IMP) werden Mechanismen und Wechselwirkungen zwischen Werkzeugen und verschiedenen Materialien aufgezeigt und das Prozesswissen erweitert. In einem iterativen Prozess aus Werkzeugdesign und Prozesscharakterisierung werden Werkzeuggenerationen für die jeweiligen Anwendungsfälle optimiert.

Das Fazit nach dem ersten Projektjahr: Für alle eingesetzten Materialien konnten Rauheitswerte Sa1 von weniger als 15 nm erreicht werden, bei Hartmetall sogar Werte von unter 7 nm. 

Das Projekt wird von der Innosuisse, Schweizerische Agentur für Innovationsförderung, gefördert.

Projektlaufzeit: Dezember 2023- Januar 2026
Industriepartner: 6C Tools AG, SFS Group Schweiz AG, TECHsol GmbH, VAT Vakuumventile AG 
Forschungspartner: OST - Ostschweizer Fachhochschule, RhySearch