Mikrozerspanung erzeugt Miniatur-Königinnenporträts mit unübertroffener Präzision

AMRC-Ingenieure Joe Thickett und Emma Parkin präsentieren ihre mikrozerspanten Porträts der Königin. (Foto-Credits: Starrag.)

Als zwei Ingenieure der Universität Sheffield (England) die Mikrozerspanungsfähigkeiten des Starrag Bumotec Dreh-Fräszentrums demonstrieren wollten, wählten sie ein einzigartiges Projekt, das nicht nur Präzisionswerkzeugmaschinenbediener beeindrucken würde, sondern jeden, der Kunst schätzt.

Die Ingenieure Emma Parkin und Joe Thickett am Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) der Universität nutzten das Bumotec Bearbeitungszentrum, um eine Reihe winziger Porträts von Königin Elizabeth II. bis auf nur 1,4 mm Breite auf Messing zu reproduzieren. Die feinen Details des Königinnenkopfs sind nur durch ein leistungsstarkes Mikroskop sichtbar.

„Wir wählten das Porträt der Königin, weil wir etwas Ähnliches wie eine Münze machen wollten, da es verständlich ist“, sagt Parkin. „Die Leute kennen allgemein die Größe einer Münze, daher hat es einen ‘Wow’-Faktor, sie in der Größe zu verkleinern und dabei das Gesicht der Königin beizubehalten.“

Das Miniaturkunstwerk wurde erstellt, um das Branchenwissen der AMC-Maschinengruppe im Bereich Mikrozerspanung zu demonstrieren und UK-Firmen beim Gewinnen von Aufträgen zu helfen. „Wir wollten unseren Partnern und der Industrie zeigen, was machbar ist; dass wir eine Genauigkeit von 0,001 mm an Werkstücken von nur 1,5 mm Größe erreichen und Details beibehalten können.“

Vier hochdetaillierte Königinnenköpfe – mit Durchmessern von 11,2 mm, 7 mm, 2,8 mm und 1,4 mm – wurden vom Bumotec s191 auf einem einzelnen kreisförmigen Messingstück mit 25 mm Durchmesser produziert.

Das Bumotec s191H Dreh-Fräszentrum ist eine von acht Starrag-Maschinen im AMRC. Es wurde von den Ingenieuren verwendet, um vier Königinnenköpfe mit Durchmessern von 11,2 mm, 7 mm, 2,8 mm und 1,4 mm auf einem einzelnen kreisförmigen Messingstück mit 25 mm Durchmesser herzustellen.

Sie verwendeten Sandvik-Mikroschaftfräser, um die Grundform des Designs zu erreichen, bevor sie auf winzige Kugelkopffräser wechselten. Der kleinste hatte nur 0,2 mm Durchmesser für die detaillierte Konturbearbeitung.

Das Bumotec Bearbeitungszentrum mit 65 mm Stangenkapazität, Stangenzuführung und Hochdruckkühlmittel (3 PS) kann hochpräzise (bis ± 2,5 µm) Bearbeitungslösungen in seinen X-, Y- und Z-Achsen erreichen, die 410 mm, 200 mm bzw. 400 mm betragen, dank Linearantrieben und hoher thermischer Stabilität.

Um ein Bild des Königinnengesichts zu erhalten, scannten AMRC-Ingenieure eine echte Münze mit einem 3D-Mikroskop, das normalerweise zur Oberflächenrauheitsmessung reserviert ist. Es machte eine Reihe von Bildern, die geschichtet wurden, um ein 3D-Bild zu erstellen.

Die Hauptspindel der Maschine wird durch eine Gegenspindel ergänzt, die in horizontaler und vertikaler Ebene drehen kann, für Multitasking-Prozesse. Werkzeugmagazinoptionen reichen bis zu 90 Taschen an einer Maschine mit Eilganggeschwindigkeiten von 50 m/min und einer Spindeldrehzahl von 30.000 (oder 40.000) min⁻¹, die ebenfalls zu schnellen Zykluszeiten beiträgt.

Ergänzend zu den Maschinenfähigkeiten nutzte Parkin das Fachwissen innerhalb des AMRC, um die mikrozerspannten Porträts zu erstellen.

„Um ein Bild des Königinnengesichts zu erhalten, scannten wir eine echte Münze mit einem 3D-Mikroskop, das normalerweise zur Erkennung von Oberflächenrauheit reserviert ist. Es machte eine Reihe von Bildern, die übereinandergelegt wurden, um ein 3D-Bild zu erstellen. Dann wurde dieses Bild in ein STL-Dateiformat umgewandelt, das dann in Siemens NX 12 CAD hochgeladen wurde, um das Bearbeitungsprogramm zu generieren.“

Sie fügt hinzu: „Wir begannen mit 4 mm Schnitttiefe, um das Volumenmaterial zu entfernen, gingen dann in der Größe runter, und bei den Schlichtvorgängen machten wir Mikrometer-‘Schrittweiten’.“

Parkin hofft, dass das Münzreplikaprojekt zu weiteren Mikrozerspanungs-F&E- und kommerziellen Projekten für den AMRC führen wird, der Teil des High Value Manufacturing Catapult ist. Catapult bietet Zugang zu F&E-Einrichtungen und Fachwissen, die für viele Unternehmen im UK sonst unerreichbar wären.

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