Mikrobearbeitung verwandelt Bilder der Königin in winzige Porträts

Die AMRC-Ingenieure Joe Thickett und Emma Parkin zeigen ihre mikrobearbeiteten Porträts der Königin. (Bildnachweis:Starrag.)

Als zwei Ingenieure der University of Sheffield (England) die Mikrobearbeitungsfähigkeiten des Fräs-Dreh-Bearbeitungszentrums von Starrag Bumotec demonstrieren wollten, wählten sie ein einzigartiges Projekt, das nicht nur die Bediener von Präzisionswerkzeugmaschinen, sondern jeden, der Kunst schätzt, beeindrucken würde.

Die Ingenieure Emma Parkin und Joe Thickett vom Advanced Manufacturing Research Center (AMRC) der Universität verwendeten das Bumotec-Bearbeitungszentrum, um eine Reihe winziger Porträts von Königin Elizabeth II. Mit einer Breite von nur 1,4 mm auf Messing zu reproduzieren. Das komplizierte Detail des Kopfes der Königin kann nur durch ein starkes Mikroskop gesehen werden.

„Wir haben uns für das Porträt der Königin entschieden, weil wir etwas Ähnliches wie eine Münze machen wollten, da es zuordenbar ist“, sagt Parkin. „Die Leute kennen im Allgemeinen die Größe einer Münze, also bedeutet es, dass es einen ‚Wow‘-Faktor gibt, sie verkleinern zu können, aber immer noch das Gesicht der Königin darauf zu behalten.“

Das Miniaturkunstwerk wurde geschaffen, um das Branchenwissen der AMRC Machining Group in der Mikrobearbeitung zu demonstrieren und britischen Firmen dabei zu helfen, Geschäfte zu machen. „Wir wollten unseren Partnern und der Industrie zeigen, was machbar ist; dass wir Werkstücke von nur 1,5 mm mit einer Genauigkeit von 0,001 mm bearbeiten und Details beibehalten können.“

Vier hochdetaillierte Queen’s Heads – mit Durchmessern von 11,2 mm, 7 mm, 2,8 mm und 1,4 mm – wurden von der Bumotec s191 auf einem einzigen kreisförmigen Stück Messing mit 25 mm Durchmesser hergestellt.

Die Dreh-Fräsmaschine Bumotec s191H 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 einzigen kreisförmigen Stück Messing mit 25 mm Durchmesser herzustellen.

Sie verwendeten Mikro-Schaftfräser von Sandvik, um die Grundform des Designs zu erreichen, bevor sie zu winzigen Kugelkopffräsern wechselten. Der kleinste hatte nur einen Durchmesser von 0,2 mm für die detaillierte Konturierung.

Das Bumotec-Bearbeitungszentrum mit 65-mm-Stangenkapazität, Stangenvorschubsystem und Hochdruckkühlmittel (3 PS) kann hochpräzise (auf +/- 2,5 Mikrometer) Bearbeitungslösungen innerhalb seiner X-, Y- und Z-Achsen im Bereich von 410 erreichen mm, 200 mm bzw. 400 mm, dank Linearantrieben und hoher thermischer Stabilität.

Um ein Bild vom Gesicht der Königin zu bekommen, scannten die AMRC-Ingenieure eine echte Münze mit einem 3D-Mikroskop, das normalerweise der Erkennung von Oberflächenrauheiten vorbehalten ist. Es dauerte eine Reihe von Bildern, die geschichtet wurden, um ein 3D-Bild zu erstellen.

Die Hauptspindel der Maschine wird durch eine Gegenspindel ergänzt, die sich für Multitasking-Prozesse sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Ebene drehen kann. Die Werkzeugmagazinoptionen erstrecken sich auf bis zu 90 Plätze auf einer Maschine mit Eilganggeschwindigkeiten von 50 m/min und einer Spindeldrehzahl von 30.000 (oder 40.000) U/min, die ebenfalls zu den schnellen Zykluszeiten beiträgt.

Ergänzend zu den maschinellen Fähigkeiten stützte sich Parkin auf das Fachwissen innerhalb des AMRC, um die mikrobearbeiteten Porträts zu erstellen.

„Um ein Bild vom Gesicht der Königin zu bekommen, haben wir eine echte Münze mit einem 3D-Mikroskop gescannt, das normalerweise der Erkennung von Oberflächenrauheiten vorbehalten ist. Es dauerte eine Reihe von Bildern, die übereinandergelegt wurden, um ein 3D-Bild zu erstellen. Dann wurde dieses Bild in ein STL-Dateiformat umgewandelt, das dann zur Generierung des Bearbeitungsprogramms in Siemens NX 12 CAD hochgeladen wurde.“

Sie fügt hinzu:„Wir begannen mit dem Schneiden in 4 mm Tiefe, um das Schüttgut zu entfernen, gingen dann in der Größe zurück, und als wir zu den Endbearbeitungsvorgängen kamen, machten wir Mikron-„Step-Overs“.“

Parkin hofft, dass das Münznachbildungsprojekt zu weiteren Mikrobearbeitungs-F&E- und kommerziellen Projekten für das AMRC führen wird, das Teil des High Value Manufacturing Catapult ist. Catapult bietet Zugang zu F&E-Einrichtungen und Fachkenntnissen, die sonst für viele Unternehmen im Vereinigten Königreich unerreichbar wären.

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