El nitruro de silicio es uno de los materiales más duros de la cerámica técnica. Como es un excelente conductor de calor, Bach Resistor Ceramics (Bach RC) fabrica a partir de él elementos calefactores potentes y de alta dinámica según sus propias formulaciones. En el mecanizado duro de las piezas de cerámica con tolerancias de unos pocos micrómetros, los de Brandeburgo confían en cuatro fresadoras y rectificadoras de precisión de Röders.
Las piezas de nitruro de silicio ofrecen muchas ventajas: se pueden calentar a temperaturas de hasta 1.000 °C en cuestión de segundos gracias a la combinación de alta resistencia, bajo coeficiente de expansión térmica y un módulo de elasticidad relativamente alto. Gracias a los canales de refrigeración integrados para enfriamiento con aire comprimido o nitrógeno, también pueden ser enfriadas nuevamente en el menor tiempo posible, sin sufrir daños. Se logran tasas de calefacción de hasta 150 K/min y tasas de enfriamiento de hasta 30 K/min.
Esta propiedad las hace interesantes para muchos campos de aplicación, especialmente para la industria de semiconductores. Por lo tanto, alrededor de la mitad de los ingresos de Bach Resistor Ceramics provienen de elementos calefactores para esta industria de alta tecnología. Además, los productos se utilizan en la tecnología de envasado, especialmente para alimentos, en la tecnología médica y de hornos, en la impresión 3D de metales y en aplicaciones especiales.
Hoy en día, el espectro de piezas de la empresa familiar de Brandeburgo, con sede en Seefeld, cerca de Berlín, abarca más de 1.000 piezas estándar. Se fabrican piezas únicas y series pequeñas, desde elementos del tamaño de una estampilla que pesan unos pocos gramos hasta placas calefactoras de varios kilogramos y calefactores de semiconductores de hasta 400 mm de diámetro. Mientras que los pequeños elementos calefactores se encargan, entre otras cosas, de sellar las cápsulas de café o las porciones de crema para café para la gastronomía mediante calor, las piezas más grandes ayudan a conectar de manera segura las pastillas de freno con sus soportes.
Las piezas sinterizadas monolíticas son únicas en el mundo
La empresa, fundada en 1994 en Berlín, afirma ser el único proveedor en el mundo que puede fabricar fases de nitruro de silicio eléctricamente conductoras e isolantes de forma monolítica en un solo proceso de sinterización. Gracias a esta tecnología de fabricación, los elementos calefactores de BACH RC son más homogéneos y significativamente más potentes en comparación con las piezas con conductores impresos.
Las ventajas son valoradas en todo el mundo: en 2025, 60 empleados generaron alrededor de 10 millones de euros en ventas. Gracias a socios de distribución en Japón, Corea del Sur, Taiwán, China, EE. UU., Dinamarca, Italia, Austria y Suiza, Bach RC está cerca de sus clientes internacionales.
Desafío del mecanizado de cerámica dura
La fabricación en la única planta de producción cerca de Berlín comienza con la mezcla de polvo de nitruro de silicio según sus propias formulaciones. Luego siguen la granulacion, el envasado, el troquelado y la desmoldeo. Después, los verdes resultantes se someten a prensado en caliente a temperaturas de hasta 1.800 °C en cuatro instalaciones de sinterización. De tres a cinco piezas de hasta 400 mm de diámetro pasan por el proceso de sinterización en aproximadamente 24 horas. Las piezas resultantes tienen una dureza final de hasta 2.000 HV y casi no presentan volumen de poros.
La gran dureza de las piezas plantea altas exigencias para el mecanizado preciso. Porque en ellas se deben realizar agujeros de ajuste, fresar cavidades y ranuras, así como rectificar superficies y biseles. Las tolerancias estándar son de ±5 µm, en el área de semiconductores incluso solo de ±2,5 µm.
Aquí, la herramienta correcta es importante, pero sobre todo la máquina juega un papel decisivo: debe tener una alta rigidez, garantizar la precisión dinámica requerida, contar con un husillo lo suficientemente rápido y mantener su precisión de manera confiable durante largos períodos de tiempo. Además, la máquina debe estar diseñada de tal manera que el agua de rectificado abrasiva no cause daños.
Además de las fresadoras, como las de Röders, también se discutió una máquina de rectificado de coordenadas pura. "Aunque esta habría sido técnicamente adecuada para nuestras necesidades, era sobredimensionada y demasiado cara. Además, la solución tampoco habría ofrecido una funcionalidad completa de cinco ejes, que era indispensable", explica René Mielke, Senior Manager y responsable de la compra de máquinas.
Por qué Röders ganó el contrato
BACH RC decidió en 2018 optar por un centro de fresado y rectificado de 5 ejes de Röders GmbH. Según Mielke, hubo varias razones a favor de las máquinas del fabricante, incluida la gran rigidez, su alta precisión y los accionamientos lineales sin desgaste, que son imprescindibles para el rectificado rápido interpolado de cerámica con velocidades de elevación de hasta 30.000 mm/min.
Además, le convencieron detalles como el equilibrio de peso sin fricción mediante vacío y el control con una frecuencia de regulación inigualable de 32 kHz.
También fueron importantes para él sellos efectivos que evitan de manera confiable la entrada de la emulsión de refrigeración en guías y accionamientos. Otros puntos a favor incluyeron el control de Röders, fácil de usar y basado en Windows, así como la estabilidad térmica de las máquinas; alcanzan las calidades requeridas incluso sin un entorno climáticamente controlado complicado.
No menos importante fue el servicio rápido y la valoración por parte del fabricante de máquinas que agradaron a Mielke: "Röders siempre estuvo dispuesto a escuchar nuestras ideas desde el principio; siempre tuvimos un intercambio cercano y a nivel de igualdad con una intensa asesoría. Eso fue divertido y nos convenció."
Ya sea con tres o cinco ejes: las máquinas Röders convencen
La primera máquina de 5 ejes del fabricante de Soltau, Baja Sajonia, ya entusiasmó a los usuarios. Poco después, BACH RC adquirió un centro de 3 ejes. En 2024, se añadieron de una vez las dos mismas máquinas, esta vez incluyendo automatización con un manejo lineal EROWA.
Tanto los centros de 3 ejes del tipo RXP 501 como los dos centros de 5 ejes RXP 601 DS están equipados con husillos HSK-40 y hasta 42.000 min⁻¹, cuentan con el paquete completo de rectificado con husillo de rectificado, sensores de ruido corporal, ciclos de rectificado y base de datos de parámetros de rectificado.
"Ante el aumento de pedidos, tuvimos que ampliar nuestras capacidades, además queremos mantener una producción redundante", explica Mielke los antecedentes de la inversión.
La automatización prolonga los tiempos de funcionamiento de las máquinas
La automatización lineal tiene cuatro ventajas para BACH RC: aunque la operación se realiza en un solo turno, la automatización permite que las máquinas sigan funcionando después del horario laboral. En los calefactores de varios kilogramos para obleas de silicio con un diámetro de 300 mm se requieren planicidades de menos de un micrómetro; los tiempos de procesamiento pueden llegar a ser de hasta 14 horas. Ahora también funcionan después del horario laboral y los fines de semana.
Si ocurre un error durante el tiempo sin operario en el mecanizado, por ejemplo, porque falta una herramienta o la máquina detecta un daño a través de su control de rotura, ya se ha previsto. Entonces, el sistema expulsa automáticamente la pieza y procesa la siguiente. De esta manera, la automatización previene paradas.
Un tercer punto a favor: las piezas permanecen sujetas en su paleta durante todo el proceso, se eliminan los tiempos de cambio y la precisión aumenta, además se reduce el esfuerzo de preparación.
Y por último, el almacén de paletas sirve como un almacenamiento adicional de herramientas, desde donde las máquinas pueden ser abastecidas centralmente con herramientas. Un punto a favor que simplifica aún más la operación del sistema.
Las experiencias con la automatización son, según Mielke, muy buenas, por lo que en breve también se incluirán las dos primeras 'Röders' adquiridas para aumentar aún más las horas de procesamiento disponibles.
Programación, ciclos y estrategias de procesamiento
El técnico de mecanizado Patrick Matzke valora como usuario, además de la alta y confiable calidad de procesamiento, la muy flexible y fácil de usar control de Röders RMS6. El equipo ha desarrollado ciclos de rectificado paramétricos importantes en estrecha colaboración con el soporte de Röders, basándose en los ciclos del propio control. Generalmente, él y sus colegas programan el procesamiento de piezas como en un control CNC clásico directamente en la máquina. 'El control sencillo y la alta precisión de las máquinas me brindan las ventajas decisivas en el procesamiento de cerámica de nitruro de silicio de alta resistencia.'
También es positivo el rectificado de alta velocidad interpolado en las máquinas de 5 ejes. Gracias a los accionamientos directos lineales, se pueden rectificar contornos 2D precisos a altas velocidades de elevación, que no se podrían alcanzar con un rectificado helicoidal puro con la precisión requerida. La calidad de superficie y la duración de las herramientas también se han mejorado significativamente en comparación con el rectificado convencional.
Para el procesamiento, Matzke y sus colegas utilizan principalmente herramientas de diamante de los fabricantes Schott y Schell con refrigeración interna por emulsión a 80 bar. Esto permite la fabricación segura de perforaciones a partir de 1,5 mm de diámetro.
'Nuestras expectativas sobre las máquinas se han cumplido completamente', se alegra Mielke. También está satisfecho con la carga de trabajo, la situación de pedidos de BACH RC está en un nivel saludable.
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