3 Dinge, die Präzisionsmetalle präzise machen

Was sind „Präzisionsmetalle“?

In der Welt der Metallbearbeitung suchen die Menschen oft nach sogenannten Präzisionsmetallen. Aber was genau bedeutet das?

Je nach Anwendung kann sich der Begriff Präzision auf mehrere Eigenschaften beziehen:

• Die Präzision der Abmessungen eines Metalls
• Die Präzision seiner Zusammensetzung
• Die Präzision der Leistung des Metalls.

Was ist dann bei Präzisionsmetallen für Ihr Produkt oder Ihren Fertigungsbedarf im Hinblick auf diese wichtigen Eigenschaften zu beachten?

Abmessungen von Präzisionsmetallen

Für unsere Kunden stehen bei Präzisionsmetallen die Abmessungen im Vordergrund. Tatsächlich liefern unsere Methoden bei Metal Cutting, wo unsere sehr engen Schnitttoleranzen zu hohen Cpk/Ppk-Werten führen können, ein Maß an Maßgenauigkeit, das tatsächlich größer sein kann als das, was ein Kunde benötigt.

Im Allgemeinen sind genaue Abmessungen und Kosten stark korreliert, da eine höhere Präzision mit einem höheren Preisschild einhergeht. Das liegt daran, dass das Erreichen präziser Abmessungen normalerweise Maschinen erfordert, die selbst die engsten Toleranzen aufweisen und aus Komponenten mit engsten Toleranzen hergestellt sind

Um die ultimativen Ergebnisse mit dieser Maschine zu erzielen, sind außerdem jahrelange Erfahrung und die besten Bediener erforderlich. Daher sind die Maschinen- und Arbeitskosten – und letztendlich die Kosten für Präzisionsmetalle mit Abmessungen mit engsten Toleranzen – hoch.

Ist die Präzision des Lasers die Kosten wert?

Ein gutes Beispiel ist die Laserbearbeitung. Obwohl es vielseitig und präzise sein kann und enge Toleranzen und kleine Schnittfugen erzeugt, ist das Laserschneiden im Allgemeinen langsam und teuer, insbesondere beim 2-Achsen-Schneiden.

Während Hochleistungslaser schnellere Schnitte ausführen können, erzeugen sie dabei raue Endschnittoberflächen und breite, tiefe Wärmeeinflusszonen – wahrscheinlich nicht die Ergebnisse, die Sie bei den Abmessungen von Präzisionsmetallen suchen.

Zum Laserschneiden von Rohren muss die Innenseite des Rohrs mit Anti-Spritzer-Flüssigkeit beschichtet werden und die Materialien müssen einzeln lasergeschnitten werden, was beides die Produktionszeit verlängert und die Kosten erhöht.

Ist 3D alles, was es zu bieten hat?

Ein weiteres Beispiel für den Kompromiss zwischen Kosten und Abmessungen ist die 3D-Fertigung. Hier stützt sich der Lasersinterprozess auf eine Reihe von Variablen, darunter:

• Die Größe des Laserpunkts
• Die Mikrometergröße des Metallpulvers
• Die Höhenintervalle der "Aufzugsstufen", die das frische, lasergesinterte Pulver darstellen

In den Anfängen des Lasersinterns waren diese Abstufungen – insbesondere die Höhenabstände der Fahrstuhlstufen – recht groß im Vergleich zu den hochmodernen Dreh- und Fräsmaschinen nach Schweizer Art der gleichen Zeit.

Obwohl die 3D-Methode Metallmerkmale hinzufügen konnte, die durch Subtraktion mit herkömmlicher Bearbeitung nicht erreicht werden konnten, sah das Endprodukt überraschend grob aus. Dies lag an der vergleichsweise schlechten Auflösung des frühen 3D-Drucks.

Während die Präzision der Intervalle, der Pulvergröße und der Lasergröße beim heutigen direkten Metall-Lasersintern stark verbessert wurden, bleiben einige dieser grundlegenden Kompromisse bestehen.

Beispielsweise gab es einige außergewöhnliche Fortschritte bei der Verkleinerung der Laserpunktgröße. Damit einher geht jedoch eine Erhöhung des Zeitaufwands für die additive Konstruktion eines Teils.

Das führt zu höheren Teilepreisen – und ist ein weiteres Beispiel dafür, wo höhere Präzision mit höheren Kosten korreliert.

Darüber hinaus bleibt das Lasersintern eines Materials wie Wolfram angesichts der Natur des Sinterns und der Herausforderungen des Glühens noch in Arbeit.

Obwohl einige Fortschritte erzielt wurden – zum Beispiel beim Testen der Eigenschaften von 3D-gedrucktem Wolfram für den Einsatz in der medizinischen Strahlenabschirmung und der nuklearen Bildgebung – bleibt der Erfolg vorerst aus.

Zusammensetzung von Präzisionsmetallen

Es gibt viele technische Metalle und Legierungen, deren Zusammensetzung sie „präzise“ macht.

Ein berühmtes Beispiel ist eine Nickel-Titan-Legierung. NiTi (oder Nitinol), das früher im Volksmund zur Herstellung von Brillengestellen verwendet wurde, verlieh den Gestellen Formgedächtnis und Superelastizität – so dass die robusten Gestelle dem Biegen standhalten und wieder in Form kommen.

Heute wird NiTi häufig für Schläuche in der Medizintechnikindustrie verwendet. (In unserem kostenlosen Whitepaper erfahren Sie mehr über NiTi und andere Schlauchmaterialien für medizinische Geräte.)

Ein weiteres Beispiel ist das Element Wolfram, das eine präzise Zusammensetzung erfordert, um die gewünschten und sehr spezifischen Leistungsziele zu erreichen

Zum Beispiel bietet Metal Cutting für automatisierte Hochgeschwindigkeitsschweißvorgänge, die eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit und überlegene Härte erfordern, Hochleistungselektroden aus reinem Wolfram.

Wolframelement und NiTi veranschaulichen deutlich die grundlegende Dichotomie in der chemischen Zusammensetzung von Präzisionsmetallen:nämlich Reinheit vs. Rezeptur. Für einige Anwendungen ist ein Präzisionsmetall ein reines Element, wie z. B. ein Wolframelement. Aber für andere Anwendungen ist es eine Mischung, die ein bestimmtes Rezept erfordert.

Das Rezept wird variieren, aber die Ergebnisse müssen präzise sein.

Reinheitstests werden sowohl mit reinen Präzisionsmetallen als auch mit solchen, die aus einem Rezept stammen, durchgeführt, wobei die Anzahl der Dezimalstellen der Reinheit (z. B. 99,95 % bis 99,99 %) und die genauen Prozentsätze der Inhaltsstoffe (z. B. 55 % Nickel nach Gewicht) bestimmt werden.

Zum Beispiel ist NiTi eine kundenspezifische Mischung, die je nach Hersteller variiert und nie genau eine 50/50-Mischung aus Nickel und Titan ist.

Obwohl es ASTM-Spezifikationen für alle Metalle geben sollte, gibt es Ausnahmen, und NiTi ist ein typisches Beispiel:Es gibt keine ASTM-Spezifikation dafür. Sogar „reine“ Metalle wie reines Titan können verschiedene Rezepturen (im Wesentlichen Legierungen) haben und in verschiedenen Qualitäten erhältlich sein.

Ein weiteres gutes Beispiel ist Edelstahl, der häufig mit anderen Metallen legiert ist. Verschiedene Hersteller produzieren ihre eigene einzigartige Edelstahlmarke nach einem geheimen Rezept, das Präzision erfordert.

So wie nicht alle Erdnussbutter gleich sind – selbst wenn sie die gleichen Zutaten verwenden – sind nicht alle Edelstähle gleich. Jedes Rezept muss die Reinheitstestanforderungen für ein bestimmtes Verhältnis von Zutaten erfüllen, die konsistent und wiederholt zusammengestellt werden, um Präzisionsmetalle herzustellen.

Reinheit kann auch die Ergebnisse bestimmen.

In unserem Geschäft ist unser reines Wolframelement für den Einsatz in Projektorlampen gefragt. Diese werden immer noch in Anwendungen wie kleinen, tragbaren, eigenständigen Projektoren verwendet, die manchmal von Geschäftsleuten verwendet werden, um Präsentationen von einem Laptop oder Notebook-Computer auf einem Bildschirm anzuzeigen.

Diese kleinen Einheiten erfordern eine sehr intensive Lampe, und das verwendete Wolframelement muss sehr rein sein, um dieses Leistungsniveau zu erreichen.

Metal Cutting enthält 99,999 % reines Wolframpulver, das beim Verkauf in Stabform 99,99 % reines Wolframelement liefert. Diese leicht reduzierte Reinheit (<100%) ist auf eine winzige Menge an Verunreinigungen aus der Verarbeitungsausrüstung zurückzuführen.

Leistung von Präzisionsmetallen

Die Leistung kann eng mit der Zusammensetzung eines Metalls zusammenhängen. Beispielsweise kann ein neues Metall erfunden oder eine Legierung speziell entwickelt werden, um eine bestimmte Leistung zu erbringen. Ein gutes Beispiel ist NiTi, das Aushängeschild für superelastische Legierungen mit Formgedächtnis.

Eine Anwendung, die die hohe Schmelzpunktleistung von Wolfram erfordert – wie die berühmte Glühlampe – erfordert das reinste Wolframelement. Andernfalls würde das Material nicht richtig funktionieren und vorzeitig ausfallen.

Die Leistung von Metallen kann auch durch den Produktionsprozess beeinflusst werden. Beispielsweise verändert der Vorgang des Formens eines Metalls in die erforderliche Form, z. B. Draht, die Härte des Materials.

Das heißt, wenn für den Endzweck eine bestimmte Zugfestigkeit erforderlich ist, muss die Art und Weise, wie der Draht hergestellt wird, entsprechend angepasst werden – möglicherweise durch Hinzufügen eines Glühprozesses, um die erforderliche Zugfestigkeit aufrechtzuerhalten.

Ein weiteres Präzisionsmetall, das aufgrund seiner Leistung verwendet wird, ist Magnesium, das zusammen mit Eisen, Zink und Mangan aufgrund seiner bioabsorbierbaren Eigenschaften eine breite Anwendung in medizinischen Geräten findet.

Während wir uns vorstellen können, dass sich die Leistung auf Raumfahrzeuge, Satelliten und andere komplexe, hochenergetische Prozesse und Geräte bezieht, gibt es wahrscheinlich keine wichtigere Anwendung, als sicherzustellen, dass das in bioresorbierbaren Stents verwendete Magnesium präzise hergestellt wird und sicher im Körper abgebaut wird gestaltet.

Geben Sie an, welche Präzision ist für dein Herstellungsbedarf.

Die wichtigste Eigenschaft von Präzisionsmetallen – das, was ein bestimmtes Metall präzise macht – hängt von Ihrer Anwendung und Ihren Produktionszielen ab.

Unabhängig davon, ob Ihr Schwerpunkt auf Abmessungen (wie hier bei Metal Cutting), Zusammensetzung oder Leistung liegt, können Sie dazu beitragen, die besten Ergebnisse zu erzielen und die Herstellbarkeit zu optimieren, indem Sie Ihre Teilespezifikationen sorgfältig erstellen.