Nitratul de siliciu face parte din cele mai dure materiale ale ceramicii tehnice. Deoarece este un conductor termic foarte bun, Bach Resistor Ceramics (Bach RC) produce din acesta, conform propriilor rețete, elemente de încălzire puternice și foarte dinamice. În prelucrarea dură a pieselor ceramice cu toleranțe de câțiva micrometri, cei din Brandenburg se bazează acum pe patru mașini de frezat și șlefuit de precizie de la Röders.
Componentele din nitruro de siliciu oferă multe avantaje: datorită combinației de rezistență ridicată, coeficient scăzut de dilatare termică și modul elastic relativ mare, acestea pot fi încălzite în câteva secunde la temperaturi de până la 1.000 ºC. Datorită canalelor de răcire integrate pentru răcirea cu aer comprimat sau azot, ele pot fi, de asemenea, răcite din nou într-un timp foarte scurt - fără a suferi daune. Se ating rate de încălzire de până la 150 K/min și rate de răcire de până la 30 K/min.
Această caracteristică le face interesante pentru multe domenii de aplicare, în special pentru industria semiconductorilor. La Bach Resistor Ceramics, aproximativ jumătate din venituri provin din elemente de încălzire pentru acest sector de înaltă tehnologie. În plus, produsele sunt utilizate în tehnologia de ambalare – în special pentru alimente – în tehnologia medicală și a cuptoarelor, în imprimarea 3D a metalelor și în aplicații speciale.
Astăzi, gama de piese a companiei familiale din Brandenburg, cu sediul în Seefeld, aproape de Berlin, cuprinde peste 1.000 de componente standard. Se fabrică piese unice și serii mici – de la elemente de câteva grame, de dimensiunea unei timbre, până la plăci de încălzire și chuck-uri de încălzire semiconductoare de câteva kilograme, cu un diametru de până la 400 mm. În timp ce elementele de încălzire mici asigură, printre altele, sigilarea pad-urilor de cafea sau a porțiunilor de smântână pentru gastronomie prin căldură, părțile mai mari contribuie la conectarea sigură a plăcuțelor de frână cu suporturile lor.
Piesele sinterizate monolitice sunt unice în lume.
Compania fondată în 1994 la Berlin este, conform propriilor declarații, singurul furnizor din lume capabil să producă monolitic faze de nitruro de siliciu conductibile electric și izolante într-un singur proces de sinterizare. Datorită acestei tehnologii de fabricație, elementele de încălzire de la BACH RC sunt mai omogene și semnificativ mai eficiente comparativ cu componentele cu conductori imprimați.
Avantajele sunt apreciate la nivel mondial: în 2025, 60 de angajați au generat aproximativ 10 milioane de euro venituri. Datorită partenerilor de distribuție din Japonia, Coreea de Sud, Taiwan, China, SUA, Danemarca, Italia, Austria și Elveția, Bach RC este aproape de clienții săi internaționali.
Provocarea prelucrării ceramicii dure
Fabricarea la singura locație de producție din apropierea Berlinului începe cu amestecarea pulberii de nitruro de siliciu conform propriilor rețete. Urmează granularea, folierea, tăierea și dezlegarea. Apoi, piesele verzi rezultate sunt supuse presării la cald la temperaturi de până la 1.800°C în patru instalații de sinterizare. Fiecare lot constă din trei până la cinci piese cu un diametru de până la 400 mm, care parcurg procesul de sinterizare în aproximativ 24 de ore. Piesele rezultate au apoi o duritate finală de până la 2.000 HV și prezintă aproape niciun volum poros.
Duritatea mare a componentelor impune cerințe ridicate pentru prelucrarea precisă. Pe acestea trebuie să fie realizate găuri de ajustare, frezate buzunare și caneluri, precum și șlefuite suprafețe și faze. Toleranțele standard sunt de ±5 µm, iar în domeniul semiconductoarelor chiar doar ±2,5 µm.
În acest context, uneltele corecte sunt importante, dar, mai presus de toate, mașina joacă un rol decisiv: aceasta trebuie să prezinte o rigiditate ridicată, să asigure precizia dinamică necesară, să dispună de un mandrină corespunzător de rapidă și să își mențină precizia în mod fiabil pe perioade lungi de timp. În plus, mașina trebuie, desigur, să fie proiectată astfel încât apa abrazivă de șlefuire să nu cauzeze daune.
Pe lângă mașinile de frezat, cum ar fi cele de la Röders, a fost discutată și o mașină de rectificat cu coordonate. „Aceasta ar fi fost tehnic potrivită pentru cerințele noastre - dar supra-dimensionată și prea scumpă. În plus, soluția nu ar fi oferit nici o funcționalitate completă pe cinci axe, care era esențială“, explică René Mielke, Senior Manager și, printre altele, responsabil pentru achiziția de mașini.
De ce Röders a câștigat contractul
BACH RC a decis în 2018 să opteze pentru un centru de frezare și șlefuire cu 5 axe de la Röders GmbH. Potrivit lui Mielke, pentru mașinile producătorului au fost mai multe motive, printre care rigiditatea mare, precizia foarte înaltă și acționările liniare directe fără uzură - esențiale pentru șlefuirea rapidă interpolată a ceramicii cu viteze de ridicare de până la 30.000 mm/min.
L-au convins, de asemenea, detalii precum compensarea greutății fără frecare prin vid și controlul cu un ciclu de reglare inaccesibil altor dispozitive de 32 kHz.
De asemenea, pentru el erau importante etanșările eficiente, care împiedică în mod fiabil pătrunderea emulsiei de răcire în ghidaje și antrenaje. Alte puncte forte au fost controlul Röders, prietenos cu utilizatorul și bazat pe Windows, precum și stabilitatea termică a mașinilor; acestea ating calitățile cerute și fără un mediu climatizat costisitor.
Nu în ultimul rând, serviciul rapid și aprecierea din partea constructorului de mașini i-au plăcut lui Mielke: „Röders a avut de la bun început urechi deschise pentru ideile noastre – am avut întotdeauna un schimb strâns de opinii la același nivel, cu o consultanță intensă. A fost plăcut și ne-a convins.”
Indiferent dacă sunt cu trei sau cinci axe: mașinile Röders impresionează.
Chiar prima mașină cu 5 axe a producătorului din Soltau, Niedersachsen, a încântat utilizatorii. La scurt timp după aceea, BACH RC a achiziționat un centru cu 3 axe. În 2024, au urmat apoi dintr-o dată încă două mașini identice – de data aceasta inclusiv automatizare cu un sistem de manipulare liniară EROWA.
Atât centrele de prelucrare cu 3 axe de tip RXP 501, cât și cele două centre cu 5 axe RXP 601 DS sunt echipate cu spindles HSK-40 și pot atinge până la 42.000 min⁻¹, dispun de pachetul complet de rectificare cu spindle de dressare, senzori de sunet corporal, cicluri de rectificare și bază de date a parametrilor de rectificare.
„Având în vedere creșterea comenzilor, a trebuit să ne extindem capacitățile, de asemenea, dorim să menținem o producție redundantă“, explică Mielke motivele investiției.
Automatizarea prelungește timpii de funcționare ai mașinilor.
Automatizarea liniară are patru avantaje pentru BACH RC: Deși funcționează într-un singur schimb, automatizarea permite continuarea funcționării mașinilor după încheierea programului de lucru. În cazul chuck-urilor de încălzire, care cântăresc câteva kilograme și sunt destinate wafere-lor de siliciu cu un diametru de 300 mm, se impun planeități de sub un micron; astfel, timpii de prelucrare pot ajunge până la 14 ore. Acum, acestea continuă să funcționeze și după programul de lucru și în weekend.
Dacă apare o eroare în timpul perioadei fără operator în prelucrarea prin așchiere, de exemplu, din cauza lipsei unei unelte sau deoarece mașina detectează o defectare prin controlul său de rupere, s-a prevăzut o soluție. Atunci, sistemul scoate automat componenta și prelucrează următoarea piesă. În acest fel, automatizarea previne oprirea.
Un al treilea punct pozitiv: Piesele de prelucrat rămân tensionate pe palet pe parcursul întregului proces, timpul de schimbare este eliminat, precizia crește, iar efortul de pregătire este redus.
Și, în cele din urmă, depozitul de palete servește ca un depozit suplimentar de unelte, din care mașinile pot fi alimentate central cu unelte. Un avantaj care simplifică și mai mult operarea instalației.
Experiențele cu automatizarea sunt foarte bune, conform lui Mielke, de aceea în curând vor fi incluse și cele două „Röders” achiziționate inițial, pentru a crește și mai mult orele de prelucrare disponibile.
Programare, cicluri și strategii de prelucrare
Tehnicianul de prelucrare prin așchiere Patrick Matzke apreciază, pe lângă calitatea înaltă și fiabilă a prelucrării, și controlul Röders RMS6, care este foarte flexibil și ușor de utilizat. Ciclurile de șlefuire parametrice importante au fost dezvoltate de echipă în strânsă colaborare cu suportul Röders, bazându-se pe ciclurile controlerului. De obicei, el și colegii săi programează prelucrarea componentelor, ca la un control CNC clasic, direct la mașină. „Controlul simplu și precizia ridicată a mașinilor îmi aduc avantajele decisive în prelucrarea ceramicii de nitru de siliciu de înaltă rezistență.”
Un aspect pozitiv este și șlefuirea rapidă interpolată pe mașinile cu 5 axe. Datorită acționărilor directe liniare, este posibil să se șlefuiască contururi 2D precise la viteze mari de ridicare, care nu ar putea fi realizate cu șlefuirea pură în helix cu precizia geometrică solicitată. Calitatea suprafeței și durata de viață a uneltelor sunt, de asemenea, semnificativ îmbunătățite în comparație cu șlefuirea convențională.
Pentru prelucrare, Matzke și colegii săi folosesc în principal unelte din diamant de la producătorii Schott și Schell, cu răcire internă prin emulsie la 80 de bari. Astfel, pot fi fabricate în condiții de siguranță procesele și găuri cu un diametru de la 1,5 mm.
„Așteptările noastre de la mașini au fost complet îndeplinite“, se bucură Mielke. De asemenea, este mulțumit de gradul de utilizare, situația comenzilor de la BACH RC fiind la un nivel sănătos.
Contact:
