Mit Alicona Superwerkstoffe revolutionieren

Element Six

Element Six Portraet

Matthew Goulbourn-Lay,
Senior Advanced Manufacturing Research Engineer bei Element Six

„Mit Alicona treiben wir Innovationen in der Entwicklung neuer Werkstoffe voran. Mittlerweile haben wir bereits zwei Systeme im Einsatz.“

Für die Produktion von Superwerkstoffen war das global tätige Unternehmen Element Six auf der Suche nach einer Messlösung für seine Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle. Nun profitiert das Unternehmen von zwei Alicona-Messsystemen, die eine optimierte Kantenpräparation seiner Diamant-Schneidwerkzeuge ermöglichen und die Qualitätssicherung beschleunigen. Der Begriff „Superwerkstoffe“ umfasst sowohl synthetisch hergestellten Diamant als auch kubisches Bornitrid (CBN), Wolframcarbid und Silizium-verfestigten Diamant. Als Teil der De Beers Group of Companies ist das britische Unternehmen Element Six auf die Produktion von innovativen Hochleistungsprodukten aus Superwerkstoffen spezialisiert. Eingesetzt werden diese Werkstoffe unter anderem zum Schleifen und in der maschinellen Bearbeitung von Metallen in der Automobilindustrie sowie in der Herstellung von Bohrkronen für Öl- und Gasbohrungen und optischen Fenstern für Hochleistungs-Lasersysteme.

Optische 3D-Messungen synthetischer Diamant-Superwerkstoffe

In seinem Zentrum für Globale Innovation in Harwell in Großbritannien, entwickelt Element Six synthetische Diamant-Superwerkstoffe für eine Vielzahl industrieller Anwendungen. Zu den hergestellten Werkstoffen zählen neue Strahlmittel aus polykristallinem kubischem Bornitrid (PCBN), polykristallinem Diamant (PCD) oder CBN, die zum präzisen Schneiden und Schleifen von Metallen eingesetzt werden. Um diese Werkstoffe für relevante Anwendungen vollständig zu untersuchen, stellt Element Six ISO-Wendeplatten her. In Metallschneidprüfungen mit Dreh- und Fräsmaschinen werden dann Prozesskräfte, Werkzeugverschleiß und Oberflächengüte des Werkstücks gemessen und analysiert. Schnelle Rückmeldungen an das Entwicklungsteam sind besonders wichtig, um Innovationen ohne Verzögerung voranzutreiben. Alicona Messtechnik hilft Element Six solche Rückmeldungen an das Projektteamzu beschleunigen. Gleichzeitig bietet das Alicona Messsystem auch die nötige Flexibilität für die zahlreichen Testanwendungen.

Matthew Goulbourn-Lay, Senior Advanced Manufacturing Research Engineer bei Element Six, erklärt: „Wir verwenden die Alicona-Messtechnik seit mehr als einem Jahrzehnt. Ursprünglich benötigten wir ein System zum schnellen und genauen Messen von Werkzeuggeometrien und Verschleißspuren. Vor Alicona haben wir die vielen verschiedenen Messungen mit mehreren, unterschiedlichen Messwerkzeugen umgesetzt. Erst jetzt sind wir in der Lage, all unsere Messungen und Analysen mit einem einzigen System zu erledigen.“

Bei der Fertigung von Wendeplatten kann eine fehlerhafte Kantenpräparation zu Kantendefekten, Mikrobrüchen, Graten, einer minderwertigen Oberflächengüte und einer schlechten Schneidleistung führen. Daher ist die Verifizierung der Geometrie und der Oberfläche unverzichtbar. Element Six verwendet das optische 3D-Messsystem von Alicona zum Prüfen entscheidender Parameter wie dem Kantenwinkel, dem Schleifradius und der Kantenbreite im Bereich von 3 μm. Dank der zugrundeliegenden Technologie der Fokus-Variation können auch komplexe Schneidwerkzeuggeometrien und steile Oberflächenflanken genau gemessen werden.

Gesamtvolumen des verschlissenen und akkumulierten Werkstoffs

In einem zweiten Schritt vergleicht Element Six die dreidimensionale Struktur der Werkzeuge vor und nach ihrer Verwendung, um wichtige Parameter, wie zum Beispiel das Gesamtvolumen des verschlissenen und akkumulierten Werkstoffs, zu bestimmen. Die Messparameter umfassen Kratertiefe und -volumen, Maximal- und Mittelwert von Freiflächendefekten sowie Flanken- und Kerbverschleiß, durch den der Kontakt der Kante mit dem Werkstück während des Schneidvorgangs ersichtlich wird. Matthew Goulbourn-Lay erklärt dazu: „Bei der Untersuchung der Werkstoffabnutzung vergleichen wir die Verschleißspuren an verschiedenen Werkstoffen. Die zahlreichen Messungen und 3D-Visualisierungen geben uns einen besseren Einblick in den Verschleiß eines bestimmten Werkstoffs über die Zeit. Unser Forschungsteam konnte so zahlreiche neue Werkstoffentwicklungen im Bereich von PCBN und PCD-Stoffen umsetzen.“

Element Six Wear Measurement

„Bei der Untersuchung des Verschleißes vergleichen wir die Abnutzspuren bei verschiedenen Werkstoffen. Die Messungen und Visualisierungen geben uns einen besseren Einblick zum Verschleiß eines bestimmten Werkstoffs über die Zeit.“

Schnelle Rückmeldungen an die Produktionslinie

Dank der kurzen Messdauer sind schnelle Rückmeldungen an die Produktionslinie und die sofortige Anpassung von Maschinenparametern möglich. Das Alicona-Messsystem zeigt für jede Messposition zusätzlich die Echtfarbinformation an, die perfekt auf die Höhendaten abgestimmt ist. Fragmentierungen im Mikro und Submikrometerbereich werden mit Farbkodierungen visualisiert, wodurch Element Six chemischen und abrasiven Werkzeugverschleiß sichtbar machen kann. Matthew Goulbourn-Lay merkt dazu an: „Wir messen auch Oberflächen großer Diamantscheiben, die durch ihre Verwendung verschlissen sind. Dabei ist es sehr nützlich, die Tiefe und das Ausmaß des Verschleißes quantifizieren zu können.“

Die Flexibilität der Systeme und die zahlreichen verfügbaren Messoptionen machen Alicona zur idealen Lösung für den Einsatz in Forschung und Entwicklung. Nachdem sie InfiniteFocus G4 viele Jahre im Gebrauch und aufgerüstet hatten, entschied sich Element Six 2016 für die Investition in ein zweites Alicona-System, den Nachfolger InfiniteFocus G5. „Wir wollten die gleiche Software, mit der unsere Mitarbeiter bereits vertraut waren und von der wir wissen, dass sie leicht zu verwenden ist. Wiederholbarkeit ist wichtig für unsere Qualitätskontrollprozesse, und wir schätzen die Flexibilität der Systeme im Hinblick auf ihre Verwendungund technischen Möglichkeiten“, fasst Matthew Goulbourn-Lay zusammen.