Silicij nitrid pripada najtvrđim materijalima tehničke keramike. Budući da je vrlo dobar toplinski vodič, Bach Resistor Ceramics (Bach RC) od njega proizvodi snažne i visoko dinamične grijače prema vlastitim recepturama. Prilikom obrade keramičkih dijelova s tolerancijama od nekoliko mikrometara, Brandenburžani se oslanjaju na četiri precizne glodalice i brusilice tvrtke Röders.
Komponente od silikonskog nitrida nude mnoge prednosti: mogu se zbog kombinacije visoke čvrstoće, niskog koeficijenta toplinske ekspanzije i relativno velikog E-modula zagrijati na temperature do 1.000 ºC u roku od nekoliko sekundi. Zahvaljujući integriranim hladnjacima za hlađenje zrakom ili dušikom, također se mogu brzo ohladiti – bez oštećenja. Postižu se brzine grijanja do 150 K/min i brzine hlađenja do 30 K/min.
Ova značajka čini ih zanimljivima za mnoga područja primjene, posebno za industriju poluvodiča. Stoga otprilike polovica prihoda tvrtke Bach Resistor Ceramics dolazi od grijaćih elemenata za ovu visokotehnološku industriju. Osim toga, proizvodi se koriste u pakirnoj tehnologiji – posebno za hranu – u medicinskoj i peći tehnologiji, u 3D metalnom tisku i u posebnim primjenama.
Danas asortiman dijelova brandenburškog obiteljskog poduzeća sa sjedištem u Seefeldu, nedaleko od Berlina, obuhvaća više od 1.000 standardnih komponenti. Proizvode se pojedinačni komadi i mali serijski proizvodi – od elemenata teških nekoliko grama i veličine marke do grijaćih ploča i poluvodičkih grijača promjera do 400 mm teških nekoliko kilograma. Dok manji grijači, između ostalog, osiguravaju da se kafići ili porcije kreme za kavu za ugostiteljstvo zapečate pomoću topline, veći dijelovi pomažu u sigurnom povezivanju kočionih obloga s njihovim sjedalicama.
Monolitni sinterirani dijelovi su jedinstveni u svijetu.
Tvrtka osnovana 1994. godine u Berlinu tvrdi da je jedini ponuđač na svijetu koji može monolitno proizvesti električno provodne i izolacijske faze silikonskog nitrida u jednom sinternju procesu. Zahvaljujući ovoj tehnologiji proizvodnje, grijni elementi BACH RC su homogeni i znatno učinkovitiji u usporedbi s komponentama s ispisanim vodovima.
Prednosti se cijene širom svijeta: 2025. godine 60 zaposlenika ostvarilo je oko 10 milijuna eura prihoda. Bach RC je svojim međunarodnim kupcima blizu zahvaljujući poslovnim partnerima u Japanu, Južnoj Koreji, Tajvanu, Kini, SAD-u, Danskoj, Italiji, Austriji i Švicarskoj.
Izazov obrade tvrde keramike
Proizvodnja na jedinom proizvodnom mjestu u blizini Berlina započinje miješanjem praha silikonskog nitrida prema vlastitim recepturama. Slijede granulisanje, foliranje, rezanje i uklanjanje veziva. Zatim se tako nastali zeleni dijelovi šalju na vruće prešanje na temperaturama do 1.800°C u četiri sinter postrojenja. Svaka od tri do pet dijelova promjera do 400 mm prolazi kroz sinter proces u trajanju od otprilike 24 sata. Tako nastali radni komadi tada imaju svoju konačnu tvrdoću do 2.000 HV i gotovo da nemaju volumen pora.
Velika tvrdoća komponenti postavlja visoke zahtjeve za preciznu obradu. Na njima se moraju postaviti provrti, frezati džepovi i utori te brusiti površine i faze. Standardne tolerancije iznose ±5 µm, dok u području poluvodiča iznose samo ±2,5 µm.
Pri tome je važno odabrati pravi alat, no ključnu ulogu igra stroj: mora imati visoku krutost, osigurati potrebnu dinamičku točnost, imati odgovarajuću brzu vreteno i pouzdano održavati svoju preciznost tijekom dugih vremenskih razdoblja. Osim toga, stroj mora biti dizajniran tako da abrazivna voda za brušenje ne uzrokuje štetu.
Osim glodalica, kao što su one od Röders, raspravljalo se i o čistoj koordinatnoj brusilici. „Iako bi bila tehnički pogodna za naše zahtjeve – bila bi prevelika i preskupa. Osim toga, rješenje ne bi pružilo punu petosnu funkcionalnost, koja je bila neophodna“, objašnjava René Mielke, viši menadžer i između ostalog odgovoran za nabavu strojeva.
Zašto je Röders dobio ugovor
BACH RC odlučio se 2018. godine kao prvi za 5-osni frezarski i brusni centar tvrtke Röders GmbH. Prema Mielkeu, za strojeve ovog proizvođača govorilo je nekoliko razloga, uključujući veliku krutost, njihovu vrlo visoku točnost i bezizložne linearne direktne pogone – neophodne za interpolirano brzo podizno brušenje keramike s brzinom podizanja do 30.000 mm/min.
Uvjerili su ga i detalji poput bešumnog ravnotežnog podešavanja težine putem vakuuma i upravljanja s inače nedostižnim regulatornim taktom od 32 kHz.
Važno su mu bila i učinkovita brtvljenja koja pouzdano sprječavaju prodor rashladne emulzije u vođice i pogone. Dodatne prednosti uključivale su korisnički prijateljsku, Windows baziranu Röders kontrolu, kao i temperaturnu stabilnost strojeva; postižu tražene kvalitete i bez složene klimatizirane okoline.
Ne manje važno, brzina usluge i cijenjenje s strane proizvođača strojeva svidjeli su se Mielkeu: „Röders je od samog početka imao otvorena uši za naše ideje – uvijek smo imali blisku komunikaciju na ravnoj razini uz intenzivno savjetovanje. Bilo je to zabavno i uvjerilo nas je.“
Bilo da se radi o tri ili pet osi: Röders strojevi impresioniraju.
Već prva 5-osna mašina proizvođača iz donje Saksonije u Soltauu oduševila je korisnike. Ubrzo nakon toga, BACH RC je nabavio 3-osni centar. 2024. godine uslijedila su još dva identična stroja – ovaj put uključujući automatizaciju s EROWA linearom.
I 3-osna središta tipa RXP 501 i dva 5-osna središta RXP 601 DS opremljena su HSK-40 vretenima i do 42.000 min⁻¹, te posjeduju kompletan paket za brušenje s uređajem za oblikovanje, senzorima za tjelesne zvukove, ciklusima brušenja i bazom podataka o parametrima brušenja.
„S obzirom na porast narudžbi, morali smo proširiti naše kapacitete, a također želimo imati redundantnu proizvodnju“, objašnjava Mielke pozadinu investicije.
Automatizacija produžuje radno vrijeme strojeva
Linearna automatizacija ima četiri prednosti za BACH RC: Iako rad traje samo jednu smjenu, automatizacija omogućava nastavak rada strojeva nakon radnog vremena. Za više kilograma teške grijane stezaljke za silicijske wafere promjera 300 mm zahtijevaju se ravnosti ispod jednog mikrometra; vrijeme obrade može trajati do 14 sati. Sada rade i nakon radnog vremena i tijekom vikenda.
Ako tijekom vremena bez radnika dođe do pogreške u obradi, na primjer, jer nedostaje alat ili stroj prepoznaje oštećenje putem svoje kontrole prekida, poduzete su mjere. Tada sustav samostalno izbacuje komponentu i obrađuje sljedeći radni komad. Na taj način automatizacija sprječava zastoje.
Treća prednost: Radni komadi ostaju tijekom cijelog procesa napeti na svojoj paleti, vrijeme prebacivanja se eliminira, točnost se povećava, a troškovi pripreme se smanjuju.
I na kraju, skladište paleta služi kao dodatni spremnik alata, iz kojeg se strojevi mogu centralno opskrbljivati alatima. To je prednost koja dodatno pojednostavljuje upravljanje sustavom.
Iskustva s automatizacijom su, prema Mielkeu, vrlo dobra, stoga će uskoro biti uključena i prva dva kupljena 'Rödersa' kako bi se povećao broj dostupnih sati obrade.
Programiranje, ciklusi i strategije obrade
Obradni tehničar Patrick Matzke cijeni kao korisnik, osim visoke i pouzdane kvalitete obrade, također vrlo fleksibilnu i jednostavnu za korištenje Röders kontrolu RMS6. Važne parametarske cikluse brušenja tim je razvio u bliskoj suradnji s Röders podrškom temeljenom na ciklusima same kontrole. Obično on i njegovi kolege programiraju obradu komponenata kao kod klasične CNC kontrole izravno na stroju. 'Jednostavna kontrola i visoka preciznost strojeva donose mi odlučujuće prednosti u obradi visokotvrdog silicij-nitridnog keramike.'
Pozitivno je također interpolirano brzo brušenje na 5-osnim strojevima. Zahvaljujući linearnim izravnim pogonima, moguće je s visokim brzinama podizanja precizno brusiti 2D konture koje se s čistim heliks brušenjem ne bi mogle postići u traženoj točnosti. Kvaliteta površine i trajnost alata su također znatno poboljšani u odnosu na konvencionalno brušenje.
Za obradu Matzke i njegovi kolege prvenstveno koriste dijamantne alate proizvođača Schott i Schell s unutarnjim hlađenjem emulzijom pri 80 bara. Tako su i bušotine promjera od 1,5 mm sigurno procesno proizvedene.
'Naša očekivanja od strojeva su u potpunosti ispunjena', raduje se Mielke. Također je zadovoljan opterećenjem, stanje narudžbi BACH RC je na zdravoj razini.
Kontakt:
