Diamantbearbeitung meistern: Bewährte Tipps & fortgeschrittene Techniken

Veröffentlicht am 26. August 2019 | Von WayKen Rapid Manufacturing

CNC-Bearbeitung gilt traditionell als hochpräzises Verfahren. Doch Schneidmethoden haben ihre Grenzen: Eine Schneide lässt sich einfach nicht so perfekt gestalten, dass sie in puncto Toleranz und Oberflächengüte mit einem Schleifrad mithalten kann. Allerdings werden ständig neue Techniken und Maschinen entwickelt. So gibt es mittlerweile eine Lösung, die CNC-Werkzeugmaschinen der Präzision spanabhebender Verfahren deutlich näherbringt: die Diamantbearbeitung.

Warum Diamantbearbeitung die Oberflächenqualität verbessert

Die Härte des Schneidwerkzeugs ist einer der wichtigsten Parameter bei der Bearbeitung – und bekanntlich gibt es nichts Härteres als Diamant. Synthetische Diamanten halten extrem hohen Temperaturen und Schnittbedingungen stand, sind vergleichsweise günstig und ihre Schneide ist so fein, dass sich mit einem Einkorn-Diamantwerkzeug ein spiegelfinish erzielen lässt – der einzige Weg zu einer solchen Oberflächengüte, ohne extrem teure Schleif- und Poliermaschinen anschaffen zu müssen. Diamantwerkzeuge lassen sich auf herkömmlichen CNC-Maschinen einsetzen und liefern herausragende Ergebnisse, wenn das technologische System auf maximale Steifigkeit ausgelegt ist. Selbst härteste Metalle lassen sich so mit spiegelfinish bearbeiten. Diamantdrehen und Diamantfräsen zählen heute zu den am weitesten verbreiteten kommerziell nutzbaren Technologien.

Vorteile der Diamantbearbeitung

Diamantbearbeitung bietet zahlreiche Vorteile, die wichtigsten sind:

1. Herausragende Aluminiumbearbeitung. Diamantwerkzeuge vertragen extrem hohe Schnittgeschwindigkeiten und Temperaturen. Daher kommen Diamantverfahren oft in der Serienfertigung von Aluminiumbauteilen zum Einsatz. Ein einzelnes Diamant-Wendeschneidplatte hält oft länger als viele Hartmetallwerkzeuge bei der Aluminiumbearbeitung.
2. Bearbeitung harter Legierungen. Da ein härteres Material ein weicheres schneiden kann und nichts härter als Diamant ist, eignen sich Diamanten ideal für Hartmetall, Keramik und andere hochharte Werkstoffe.
3. Diamantpolieren. Bestimmte Diamantschneiden polieren transparente Materialien wie Glas, Polycarbonat, PMMA – dank feinster Diamantkörner an der Schneidenspitze.
4. Langlebigkeit. Ein Diamant-Wendeschneidplatte ist 30- bis 50-mal haltbarer als eine Hartmetallplatte.
5. Oberflächengüte. Diamantbearbeitung erzielt feinere Oberflächen als jedes konventionelle Werkzeug – sie bringt quasi eine mikroskopische Schleifwirkung in die Spanbearbeitung ein.

Diamantbearbeitungsverfahren

Die meisten diamantbasierten Verfahren zählen zum Schleifen und Polieren, doch zwei Methoden lassen sich auf CNC-Anlagen anwenden und ähneln eher dem Schneiden als der spanlosen Bearbeitung.

Einkorn-Diamantdrehen (SPDT)

SPDT ähnelt dem konventionellen Drehen, verwendet jedoch ein diamantbestücktes Werkzeug. Zudem muss die Steifigkeit des Fertigungssystems deutlich höher sein: kurze Spannlängen, kurze Werkzeugauskragungen und Minimierung von Schwingungen. SPDT eignet sich besonders für optische Linsen, da diese meist Rotationskörper sind, sich leicht auf einer Drehbank spannen lassen und mit Einkorn-Diamanteinsätzen klare, transparente Oberflächen erzeugen.

Einkorn-Diamantfräsen (SPDM)

SPDM funktioniert wie konventionelles Fräsen, unterscheidet sich aber in Werkzeug und Schnittparametern. Zum Einsatz kommt ein Fräser mit diamantbestückten Wendeschneidplatten. Auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum montiert, bearbeitet er komplexe Freiformflächen aus Glas, PMMA und Polycarbonat optimal. Ein extrem schnell rotierender Diamantfräser bei minimalem Vorschub und reichlich Kühlschmierstoff erzeugt beste Oberflächen für Automobil-Linsensysteme, Lichtleiter und maßgefertigte Fenster. Wichtig: Schwingungen zerstören die Oberflächenqualität augenblicklich. Zur Qualitätssteigerung fräsen manche SPDM-Verfahren nur in einer Richtung (der Fräser bearbeitet einen Pfad, fährt dann zum Startpunkt zurück für den nächsten Versatz), sodass die Schneidkraft immer in dieselbe Richtung wirkt.

Werkzeuge für die Diamantbearbeitung

Ein Diamantwerkzeug entspricht im Aufbau jedem anderen Schneidwerkzeug – bis auf die Wendeschneidplatte. Diese besteht aus einem Trägermaterial (Wolfram oder Hartmetall), auf dessen Spitze ein hauchdünner Diamantfilm aufgebracht ist. Dieser Film ist extrem hart, hält bis zu 50-mal länger als konventionelle Werkzeuge, ist äußerst scharf und liefert präziseste Schnitte für beste Oberflächen.

Welche Materialien lassen sich mit Diamant bearbeiten?

Diamantwerkzeuge verarbeiten ein breites Spektrum: Keramik, Silikon, Polycarbonat, Plexiglas (PMMA), NE-Legierungen (Aluminium, Kupfer, Bronze, Titan), Glas, Polymere (ABS, Polyethylen u. a.) sowie hochabrasive Werkstoffe wie Beton, Granit, Naturstein. Das Spektrum reicht von hart-spröde bis weich-transparent.

Wann Diamantbearbeitung absolut tabu ist

Wichtig: Diamantwerkzeuge dürfen nicht für Stahl oder Eisenlegierungen eingesetzt werden. Diese enthalten erhebliche Mengen Kohlenstoffatome. Bei den hohen Bearbeitungstemperaturen können sich Diamant- und Werkstoff-Kohlenstoffatome aussintern – das Werkzeug "klebt" am Werkstück, beide werden zerstört.

Wo Diamantbearbeitung ihre Stärken ausspielt

Anwendungsbeispiele zeigen die Leistungsfähigkeit am besten:

• Scheinwerferlinsen-Prototypen. Im Rahmen von CNC-Prototyping-Diensten lassen sich große, geometrisch komplexe Linsen (die segmentiert und später unter Erhalt der Lichtleiteigenschaften verklebt werden müssen) mit diamantbestückten Fräsern auf 5-Achs-Maschinen in spiegelfinish-Qualität fertigen – Schleifen wäre hier unmöglich.
• Lichtleiter. Lichtleiter sind transparente Komponenten mit komplexer Geometrie, die feinste Oberflächen erfordern. WayKen nutzt neueste Diamantbearbeitungstechnologie auf 3-, 4- und 5-Achs-Mikrofräsmaschinen, um verschiedenste Lichtleiter und Linsen mit exzellenter optischer Qualität in Array- oder Freiformmustern herzustellen.