A szilícium-nitrid a műszaki kerámiák egyik legkeményebb anyaga. Mivel kiváló hővezető, a Bach Resistor Ceramics (Bach RC) saját receptúrái alapján erőteljes és nagy dinamikájú fűtőelemeket gyárt belőle. A kerámiaalkatrészek kemény megmunkálásánál, ahol a tűrések néhány mikrométerre korlátozódnak, a brandenburgiak már négy precíziós maró- és csiszológépet használnak a Röderstől.
A szilícium-nitridból készült alkatrészek számos előnnyel rendelkeznek: a magas szilárdság, az alacsony hőmérsékleti tágulási együttható és a viszonylag nagy E-modul kombinációjának köszönhetően néhány másodperc alatt akár 1.000 ºC-ra is felmelegíthetők. Beépített hűtőcsatornáik révén, amelyek sűrített levegő vagy nitrogén hűtésére szolgálnak, szintén nagyon rövid időn belül lehűthetők – anélkül, hogy kárt szenvednének. A fűtési sebesség akár 150 K/perc, a hűtési sebesség pedig akár 30 K/perc is elérhető.
Ez a tulajdonság sok alkalmazási területen érdekessé teszi őket, különösen a félvezetőiparban. A Bach Resistor Ceramics esetében ezért a bevételek körülbelül fele a fűtőelemekből származik, amelyek ezt a high-tech ipart szolgálják ki. Ezen kívül a termékeket a csomagolástechnikában – főként élelmiszerekhez – használják, az orvostechnikai és kemenceiparban, a 3D fémnyomtatásban és különleges alkalmazásoknál.
Ma a Brandenburgi családi vállalat, amely Seefeldben, Berlin közelében található, több mint 1.000 standard alkatrészt kínál. Egyedi darabokat és kis sorozatokat gyártanak – néhány gramm súlyú, bélyeg méretű elemektől kezdve egészen több kilogrammos fűtőlapokig és félvezető fűtőchuckokig, amelyek átmérője 400 mm-ig terjed. Míg a kis fűtőelemek többek között arról gondoskodnak, hogy a kávépárnák vagy a kávétejszín adagok a vendéglátás számára hővel legyenek lezárva, a nagyobb alkatrészek hozzájárulnak ahhoz, hogy a fékbetétek biztonságosan kapcsolódjanak a féknyergeikhez.
A monolitikus szinterelt alkatrészek világszerte egyedülállóak.
A 1994-ben Berlinben alapított vállalat saját állítása szerint világszerte az egyetlen szolgáltató, amely elektromosan vezető és szigetelő szilícium-nitrid fázisokat egyetlen szinterelési folyamatban monolitikusan képes előállítani. Ennek a gyártástechnológiának köszönhetően a BACH RC fűtőelemei homogénebbek és jelentősen nagyobb teljesítményűek, mint a nyomtatott vezetőkkel rendelkező alkatrészek.
A világ minden táján értékelik az előnyöket: 2025-ben 60 munkatárs körülbelül 10 millió euró bevételt termelt. A Bach RC nemzetközi ügyfelei számára köszönhetően a Japánban, Dél-Koreában, Tajvanon, Kínában, az Egyesült Államokban, Dániában, Olaszországban, Ausztriában és Svájcban működő értékesítési partnereknek közel áll.
A keménykerámia megmunkálásának kihívásai
A berlini közelében található egyetlen gyártóhelyen a gyártás a saját receptúrák szerint kevert szilícium-nitrid porral kezdődik. Ezt követi a granulálás, fóliázás, lyukasztás és kötésmentesítés. A keletkezett zöldtestek ezután forró préselésre kerülnek, akár 1.800 °C-on négy szinterelő berendezésben. Mindegyik háromtól öt darabig, legfeljebb 400 mm átmérőjű alkatrész körülbelül 24 órán át halad át a szinterelési folyamaton. Az így keletkezett munkadarabok végső keménysége akár 2.000 HV is lehet, és szinte nincs pórus térfogatuk.
A komponensek nagy keménysége magas követelményeket támaszt a precíz megmunkálásra. Mert ezeken illesztési furatokat kell fúrni, zsebeket és hornyokat marni, valamint felületeket és fazettákat csiszolni. A standardtoleranciák ±5 µm, a félvezető területen pedig csupán ±2,5 µm.
A megfelelő szerszám fontos, de a gépnek is döntő szerepe van: magas merevséggel kell rendelkeznie, biztosítania kell a szükséges dinamikai pontosságot, megfelelően gyorsorsót kell tartalmaznia, és megbízhatóan kell fenntartania a precizitását hosszú időn keresztül. Ezen kívül a gépnek természetesen úgy kell megtervezve lennie, hogy az abrazív csiszolóvíz ne okozzon kárt.
A frészgépek mellett, mint amilyenek a Rödersé, egy tiszta koordinátacsiszoló gép is szóba került. „Bár technikailag megfelelt volna az igényeinknek – de túlméretezett és túl drága lett volna. Ezenkívül a megoldás nem kínált volna teljes öt tengelyes funkcionalitást, ami elengedhetetlen volt” – magyarázza René Mielke, senior menedzser és többek között a gépvásárlásért felelős.
Miért kapott megbízást a Röders?
A BACH RC 2018-ban döntött úgy, hogy elsőként egy 5-tengelyes maró- és csiszolóközpontot vásárol a Röders GmbH-tól. Mielke szerint a gyártó gépei mellett számos érv szólt, többek között a nagy merevség, a rendkívül magas pontosság és a kopásmentes lineáris közvetlen meghajtók – amelyek elengedhetetlenek a kerámia interpolált gyors emelőcsiszolásához, akár 30.000 mm/min emelési sebességgel.
Meggyőzték őt emellett olyan részletek is, mint a súrlódásmentes súlykiegyenlítés vákuummal és a 32 kHz-es, máskülönben elérhetetlen szabályozási frekvencia.
Fontos volt számára a hatékony tömítések is, amelyek megbízhatóan megakadályozzák a hűtőemulzió bejutását a vezetékekbe és a meghajtókba. A további előnyök közé tartozott a felhasználóbarát, Windows-alapú Röders vezérlés, valamint a gépek hőmérséklet-stabilitása; ezek a megkövetelt minőségeket elérik anélkül, hogy bonyolult légkondicionált környezetre lenne szükség.
Nem utolsósorban a gyors szolgáltatás és a gépgyártó részéről érzett megbecsülés tetszett Mielkének: „A Röders már az elejétől fogva nyitott volt az ötleteinkre – mindig szoros, egyenrangú kapcsolatban álltunk, intenzív tanácsadással. Ez élvezetes volt és meggyőzött minket.”
Akár három, akár öt tengellyel: a Röders gépek meggyőzőek.
Már az alacsony-szászi Soltauból származó gyártó első 5-tengelyes gépe is lenyűgözte a felhasználókat. Nem sokkal később a BACH RC egy 3-tengelyes központot vásárolt. 2024-ben pedig egyszerre még két ugyanolyan gépet szereztek be – ezúttal automatizálással, egy EROWA-lineáris kezelő rendszerrel.
Mind a RXP 501 típusú 3-tengelyes központok, mind a két RXP 601 DS típusú 5-tengelyes központ HSK-40 főorsókkal és akár 42.000 perc⁻¹ sebességgel van felszerelve, teljes köszörülési csomaggal rendelkezik, beleértve a köszörülő orsót, a testhang érzékelést, a köszörülési ciklusokat és a paraméteradatbázist.
„A megnövekedett megrendelések fényében bővítenünk kellett a kapacitásainkat, emellett egy redundáns gyártást is fenntartani szeretnénk“ – magyarázza Mielke a beruházás hátterét.
Az automatizálás meghosszabbítja a gépek üzemidőit.
A lineáris automatizálás négy előnyt kínál a BACH RC számára: Bár a működés egyműszakos, az automatizálás lehetővé teszi a gépek folytatását a munkaidő lejárta után. A több kilogrammos szilikon waferhez készült fűtőchuckok esetében, amelyek 300 mm átmérőjűek, kevesebb mint egy mikrométeres síkosságot követelnek meg; a megmunkálási idők akár 14 óráig is terjedhetnek. Mostantól a munkaidő után és a hétvégén is folytatódnak.
Ha a megmunkálás során a férfi nélküli időszakban hiba lép fel, például mert hiányzik egy szerszám, vagy a gép a törésellenőrzés során kárt észlel rajta, akkor elő van készítve. Ekkor a rendszer önállóan kiemeli az alkatrészt, és megmunkálja a következő munkadarabot. Ily módon az automatizálás megakadályozza a leállást.
Egy harmadik előny: A munkadarabok a teljes folyamat során a palettájukon maradnak, az átkonfigurálási idők elmaradnak, a pontosság nő, és a beállítási idő csökken.
Végül a raklapraktárként szolgál, mint egy további szerszámtároló, ahonnan a gépek központilag elláthatók szerszámokkal. Ez egy plusz pont, amely tovább egyszerűsíti a berendezés kezelését.
Mielke szerint a tapasztalatok az automatizálással nagyon jók, ezért hamarosan a két elsőként beszerzett „Röders” gépet is bevonják, hogy tovább növeljék a rendelkezésre álló megmunkálási órák számát.
Programozás, ciklusok és megmunkálási stratégiák
A forgácsolási technikus, Patrick Matzke, a felhasználóként a magas és megbízható megmunkálási minőség mellett különösen értékeli a Rödels RMS6 vezérlés rendkívül rugalmas és könnyen kezelhető voltát. A csapat fontos paraméterezett csiszolási ciklusokat fejlesztett ki a Rödels támogatásával, a vezérlés ciklusaira alapozva. Általában ő és kollégái a gépen közvetlenül programozzák a munkadarabok megmunkálását, mint egy klasszikus CNC vezérlésnél. „A vezérlés egyszerűsége és a gépek magas precizitása számomra a legfontosabb előnyöket nyújtja a nagy szilárdságú szilícium-nitrid kerámia megmunkálásánál.”
Pozitívum, hogy az interpolált gyors emeléses csiszolás az 5-tengelyes gépeken is megvalósítható. A lineáris közvetlen hajtásoknak köszönhetően magas emelési sebességekkel precíz 2D kontúrok csiszolhatók, amelyek tiszta helix csiszolással geometriailag nem érhetők el a megkövetelt pontossággal. A felületi minőség és a szerszám élettartama is jelentősen javult a hagyományos csiszoláshoz képest.
A megmunkáláshoz Matzke és kollégái elsősorban a Schott és Schell gyártók gyémánt szerszámait használják, belső hűtéssel, 80 bar emulzióval. Így 1,5 mm átmérőjű fúrások is biztonságosan előállíthatók.
„A gépekkel szembeni elvárásaink teljes mértékben teljesültek” - örül Mielke. Az igénybevétellel is elégedett, a BACH RC megrendelésállománya egészséges szinten van.
Kapcsolat:
