Funkenerosion (EDM): Revolutionäre Technik jenseits von CNC

Heute werden viele Turbinenschaufeln, Stents und optische Spiegelbauteile mittels EDM-Prozessen gefertigt. Hier erfahren Sie, was Sie über das „Freistrahlen“ Ihrer Materialien aus dem Rohzustand wissen müssen.

Es ist elektrisch. Es ist faszinierend. Und es wirkt sich real in der Fertigung aus. Zion Market Research bezifferte die EDM-Branche 2017 auf ca. 4,6 Mrd. $ – mit Wachstum auf fast 8 Mrd. $ bis 2024.

Immer mehr CNC-Dreh- und Fräsbetriebe nutzen EDM, um Bauteilmerkmale zu erzeugen, die konventionell nicht zerspanbar sind. Diese Komponenten finden sich primär in Luftfahrt und Medizintechnik. Die Automobilindustrie nutzt EDM heute allgemein nur in einigen Werkzeuganwendungen.

EDM bedeutet die Einführung neuer Zerspanungspraktiken. Es ist keine „traditionelle“ CNC-Maschinerie. Graphit- und Kupferelektroden gilt es zu verstehen und zu managen, dazu passende Werkstückspannung und anwendungsspezifische Software.

Keines davon ist besonders schwierig, aber wie bei jeder neuen Technologie erfordert es initiale Investition und Offenheit. Die gute Nachricht für Lohnfertiger: EDM öffnet Türen, die sonst verschlossen blieben.

Was ist Funkenerosion (EDM) und wie funktioniert sie?

Elektrische Funkenerosion nutzt elektrische Energie, um Werkstückmaterial zu „erodieren“. Sie erzeugt eine Serie hochfrequenter Funken zwischen einem elektrisch leitfähigen Werkstück und einer Elektrode aus Kupfer, Messing, Graphit, Wolfram oder deren Legierungen.

Beim Funkenübergang von der Elektrode zum Werkstück werden mikroskopische Materialpartikel abgetragen und durch ein Dielektrikum (entionisiertes Wasser oder spezielles nicht-leitfähiges Öl) ausgespült. Extrem feine Oberflächen und Genauigkeiten im Mikrometerbereich sind möglich.

Es gibt drei EDM-Haupttypen: Draht-EDM (WEDM), EDM-Lochbohren und konventionelles Senker-EDM („Sinker“). Alle basieren auf demselben Hochenergie-Erosionsprinzip und sind mit bis zu fünf Achsen verfügbar – mit Drehaufsatz sogar mehr.

Alle drei können von Aluminium bis Hartmetall alles bearbeiten, sofern der Werkstoff leitfähig ist. Ein Schlüsselunterschied ist die Elektrode, die man als Schneidwerkzeug betrachten kann.

Was ist Draht-EDM (WEDM)?

WEDM nutzt eine kontinuierlich zugeführte Kupferspule oder Messinglegierungsdraht. Stellen Sie es sich als hochpräzise Bandsäge vor.

Typische Drahtdurchmesser reichen von 0,1 mm bis 0,3 mm (0,004–0,012 Zoll), Drähte bis 0,015 mm (0,0006 Zoll) sind erhältlich. WEDM ist weit verbreitet in Werkzeug- und Formenbau sowie für das Schneiden kleiner Nuten und ähnlich schwieriger Features in Medizinkomponenten.

Für Tiefergehendes: Video ansehen. Quelle: ReliableEDM

Was ist EDM-Lochbohren?

EDM-Lochbohren („Hole Poppers“) nutzt eine röhrenförmige Elektrode, durch deren Zentrum Dielektrikum fließt und zurück – ähnlich einem kühlmittelgeführten Bohrer.

Wie Evan Syverson, Additive- und HSM-Business-Manager bei Sodick Inc., betont, sind EDM-Lochbohrer die primäre Methode für Diffusorlöcher in Turbinenschaufeln und -leitschaufeln.

Für Tiefergehendes: Video ansehen. Quelle: EDM Precision

Was ist Senker-EDM (Sinker EDM)?

Die beim Senker-EDM verwendeten Elektroden (typischerweise Graphit oder Kupfer) werden oft als Spiegelbild oder Negativ der Werkstückform gefertigt, auch runde, eckige und andere Formen kommen vor. Wie beim EDM-Lochbohren kann die Elektrode rotieren, orbitieren oder in das Werkstück ein- und austauchen, was Abtragsraten erhöht und vielfältige Geometrien erzeugt.

Unabhängig von der Technologie betonen Experten wie Eric Ostini, EDM-Produktmanager bei GF Machining Solutions, die drei wichtigsten Dinge beim EDM: Spülen, Spülen, Spülen. Ohne effizientes Spülen tritt Kurzschluss auf, gefolgt von sinkender Produktivität, schlechter Teilequalität und möglicher Elektrodenschädigung.

Für Tiefergehendes: Video ansehen. Quelle: Tooling U-SME

Wann wird EDM benötigt?

Wo können Sie EDM in Ihrem Shop einsetzen? Brian Pfluger, EDM-Produktlinienmanager bei Makino Inc., sagt: Je härter Werkstücke konventionell zu bearbeiten sind, desto attraktiver und produktiver wird EDM. Beispiele: steigende Länge-Durchmesser-Verhältnisse und überall dort, wo extrem kleine Schneidwerkzeuge nötig sind.

EDM bietet Vorteile gegenüber Fräsen und Drehen. Als berührungsloser Prozess lassen sich extrem kleine, dünnwandige, honigwabenartige oder hohe Werkstücke ohne Verformungssorge bearbeiten.

Keine Grate bei EDM. Scharfe innere Ecken mit Radien bis 0,025 mm (0,001 Zoll) sind möglich. Teure Materialien wie Gold oder Platin können mitvirtuellem Materialverlust durch Span bearbeitet werden. Und das Halten von wenigen „Zehnteln“ (µm) ist mit EDM selbst in zähen Hochnickellegierungen wie Rene 41 und L-605 ein Kinderspiel, wo schneller Werkzeugverschleiß kaum eine Rolle spielt.

Luftfahrt nutzt EDM für Formlöcher in Turbinenschaufeln. Medizintechnik für Stents, Clips, winzige Krokodilklemmen-Zähne. Zahnradhersteller für Einzel-Sprockets. Optikhersteller für Spiegelfinishs.

Die Liste ließe sich fortsetzen.

Welches Werkzeug wird bei EDM verwendet?

Trotz umfangreicher Fähigkeiten ist EDM nicht schwieriger zu bedienen als jede andere CNC-Maschine. EDM-Maschinen haben dieselben X-, Y-, Z-Achsen. Viele Systeme haben dialoggeführte Steuerungen wie Dreh- und Fräsmaschinen, andere unterstützen G-Code, Zyklen und Offline-Programmierung.

Spannzangen und -backen ähneln denen im restlichen Shop, bestehen aber meist aus 400er-Edelstahl statt Werkzeugstahl und Grauguss.

EDM-Prozesse unterscheiden sich deutlich: Fokus auf Spülen, Orbitierstrategien, Kernhalt (Slug Retention) und Anzahl der Schlichtschnitte (Skim Passes). Doch das ist nichts, was ein versierter Zerspaner nicht schnell verinnerlichen kann.

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