I. Funktionsprinzip und technische Vorteile der Funkenerosion
Das Kernprinzip der Funkenerosion (EDM) ist die Energieumwandlung von „elektrischer Energie → thermischer Energie → Materialabtrag“. Der genaue Prozess lässt sich in folgende vier Schritte unterteilen: Entlassungsvorbereitung : Zwischen Elektrode und Werkstück wird ein kleiner Spalt (etwa 0,02–0,3 mm) eingehalten, und beide sind in eine isolierende dielektrische Flüssigkeit (wie Kerosin oder deionisiertes Wasser) eingetaucht .
Impulsentladung : Wenn die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück das dielektrische Fluid durchschlägt, entsteht augenblicklich ein Plasmakanal mit einer Temperatur von bis zu 10.000–15.000 °C, wodurch das Material am Kontaktpunkt schnell schmilzt und verdampft .
Materialabtrag : Das hochtemperierte, geschmolzene Metall wird von der dielektrischen Flüssigkeit weggespült, wodurch Vertiefungen im Mikrometerbereich entstehen; die Elektrode fördert kontinuierlich Material und formt so nach und nach die gewünschte Gestalt .
Umwälzkühlung : Die dielektrische Flüssigkeit zirkuliert kontinuierlich, führt die Wärme ab und verhindert das Anhaften der Elektrode am Werkstück, wodurch die Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet wird .
Dieses Verfahren kommt ohne physischen Kontakt aus und vermeidet so den Werkzeugverschleiß und die Materialverformung, die bei der herkömmlichen Bearbeitung auftreten. Es eignet sich besonders für schwer zerspanbare Werkstoffe wie gehärteten Stahl., Titan und Hartmetall . Zu seinen technischen Vorteilen gehören :
Ultrapräzisionsbearbeitung : Die Genauigkeit erreicht ±0,005 mm und erfüllt damit die strengen Anforderungen an Bauteile wie Katheter und Spritzen im Kunststoffspritzguss für medizinische Geräte .
Verarbeitung komplexer Strukturen : Mittels Drahterodieren (Drahterodieren) lassen sich extrem feine Schlitze von 0,05 mm herstellen, wodurch die Fertigung von Mikrofluidikkanälen in medizinischen Spritzgussformen realisiert werden kann .
Materialverträglichkeit : Sekundärbearbeitungen können direkt an wärmebehandelten Metallen durchgeführt werden, ohne deren Eigenschaften zu verändern, wie beispielsweise die spannungsfreie Bearbeitung von Edelstahlteilen .
II. Wie EDM die Bearbeitung von Edelstahlteilen und den Medizinbereich revolutioniert 1. Die „spannungsfreie“ Bearbeitungsrevolution von Edelstahlteilen
Edelstahlteile finden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit breite Anwendung in Lebensmittelmaschinen, Medizingeräten und anderen Bereichen. Herkömmliche Schneidverfahren neigen jedoch dazu, Materialverhärtung und -verformung zu verursachen. Die EDM- Technologie (Small Hole Editing) ermöglicht das Bohren von Löchern mit einem Durchmesser von 0,1 mm in Edelstahl ohne Grate und Wärmeeinflusszonen. Sie eignet sich daher ideal für die Präzisionsanforderungen von Bauteilprüfvorrichtungen in der Halbleiterindustrie . Zum Beispiel :
Halbleiter-Testvorrichtungen : Die durch EDM erzeugte poröse Struktur kann die Wärmeableitungseffizienz verbessern und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit des Materials erhalten .
Verbindungselemente für die Luft- und Raumfahrt : Die durch Senkerodieren (elektrisches Entladungserodieren ) hergestellten komplexen inneren Hohlräume können das Gewicht reduzieren und die strukturelle Festigkeit erhöhen.
2. Der Durchbruch im Mikrometerbereich in der Medizinbranche
Implantatherstellung: Für die Medizintechnik , beispielsweise für künstliche Gelenke und Zahnimplantate, werden mechanisch gedrehte Teile benötigt, die mittels Funkenerosion bearbeitet werden, um poröse Oberflächenstrukturen zu erzeugen und so das Knochenwachstum zu fördern. Experimente zur Funkenerosion von porösem Edelstahl 316L zeigen beispielsweise, dass die Porosität präzise zwischen 30 % und 60 % eingestellt werden kann, ohne die ursprüngliche Struktur zu zerstören .
Chirurgische Instrumente: Medizintechnikunternehmen verwenden im EDM-Verfahren hergestellte Formen zur Produktion von Präzisionskathetern mit einem Durchmesser von 0,3 mm und gewährleisten so die Sicherheit minimalinvasiver Eingriffe. Die Drahterodiertechnologie ermöglicht zudem das Einbringen von Nanostrukturen in Titanlegierungen und verbessert dadurch die Biokompatibilität der Instrumente .
III. Die wichtigsten Anwendungen der Funkenerosion in Spritzgussformen und CNC- Bearbeitung
1. Die Präzisionsrevolution bei medizinischen Spritzgussformen
Im Bereich des medizinischen Spritzgusses löst die EDM-Technologie zwei wesentliche Probleme :
Bearbeitung von Formen mit hoher Härte : Herkömmliches Fräsen ist bei gehärteten Stahlformen schwierig , während die EDM-Technik komplexe Kavitäten direkt durch Senkerodieren abträgt und so die Maßgenauigkeit und Oberflächengüte von Bauteilen wie Kathetern und Spritzen im medizinischen Kunststoffspritzguss gewährleistet .
Realisierung der Feinstruktur: Mit Drahterodieren lassen sich extrem feine Schlitze von 0,05 mm schneiden, wodurch die Fertigungsanforderungen für mikrofluidische Kanäle in der Kunststoffverarbeitung von Medizinprodukten erfüllt werden . Beispielsweise konnte ein Medizintechnikunternehmen die Wandstärkentoleranz von Kathetern durch EDM-bearbeitete Formen auf ±0,01 mm begrenzen und die Ausbeute auf 99 % steigern .
2. Der komplementäre Partner der CNC -Bearbeitung
EDM und CNC-Bearbeitung bilden eine optimale Kombination :
Schnelle Prototypenverifizierung : In der Phase der schnellen Prototypenfertigung von Metallen kann die Funkenerosion (EDM) schnell Edelstahlteileproben zuschneiden und in Kombination mit CNC-Drehbearbeitung die Feinbearbeitung komplexer Oberflächen durchführen .
Nachbearbeitung von Formen : Nach der Bearbeitung der Formen mittels CNC-Maschinen für die Automobilindustrie durch Funkenerosion (EDM) wird die Oberflächenrauheit um mehr als 50 % reduziert, wodurch die Ausbeute bei der Herstellung von Kunststoffteilen deutlich verbessert wird . Beispielsweise nutzte ein Automobilzulieferer EDM zur Spiegelglanzbehandlung von Druckgussformen, wodurch der Oberflächenglanz der Spritzgussteile um 30 % gesteigert und die Kosten für nachfolgende Polierprozesse gesenkt werden konnten .
IV. Branchentrends bei der Funkenerosion und Auswahlempfehlungen
Durch die Integration intelligenter und automatisierter Technologien entwickelt sich die EDM-Technik hin zu mannloser Bearbeitung und Mehrachsen-Verkettung . So hat beispielsweise ein Unternehmen im Bereich industrieller Formgebung die Kombination von EDM und KI realisiert. Durch die Echtzeitüberwachung des Entladungszustands und die automatische Optimierung der Bearbeitungsparameter konnte die Effizienz um mehr als 30 % gesteigert werden .
Für Unternehmen sind bei der Auswahl eines EDM-Dienstleisters drei Punkte zu beachten :
Gerätegenauigkeit : Prüfen Sie, ob die Drahterosion eine Bearbeitungsfähigkeit im Bereich von ±0,001 mm aufweist .
