DE4018132A1 - Verfahren zum definierten materialabtrag - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Materialabtrag an Werkstücken, die aus spröden und harten Werkstoffen bestehen. Der Materialabtrag an diesen Werkstücken ist in allen drei Raumrichtungen genau festgelegt.

Die bei der Fertigung von Tintendruckköpfen eingesetzten Deckgläser erhalten in ihre Oberfläche eingearbeitete Tinten­ wannen. Die Deckgläser bestehen in der Regel aus planparalle­ len Glasplatten, an denen an vorgegebenen Stellen ein definier­ ter dreidimensionaler Materialabtrag zur jeweiligen Herstel­ lung einer Tintenwanne erforderlich ist.

Hierzu bisher eingesetzte Verfahren sind unter der Bezeich­ nung Stoßläppen bekannt. Besonders zu erwähnen ist das Schwing- oder das Ultraschalläppen. Dabei werden mittels eines meist formübertragenden Schwingkörpers (beispielsweise eine Sonotrode) und einer zwischengeschalteten Flüssigkeit oder Paste, worin feinverteiltes körniges Bearbeitungsmaterial enthalten ist, Vertiefungen definierter Größe in die Oberflä­ che von Gläsern eingebracht. Ein großer Nachteil besteht in der sehr langen Bearbeitungszeit.

Ein nach DIN 8200 (DIN = Deutsche Industrienorm) bekanntes Bearbeitungsverfahren ist das Strahlen, das oft auch verall­ gemeinert als Sandstrahlen bezeichnet wird.

Dieses Bearbeitungsverfahren wird üblicherweise zur Oberflä­ chenveredelung, wie Polieren- Mattieren- Aufrauhen, oder zum Entgraten und Entrosten von Werkstücken eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von in ihrer Größe festgelegten Materialabtra­ gungen an Werkstücken aus spröden und harten Werkstoffen bei mindestens gleichbleibender Oberflächenqualität wie bei bis­ herigen Verfahren, aber mit wesentlich kürzeren Bearbeitungs­ zeiten zur Verfügung zu stellen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß spröde und harte Werkstoffe, deren Oberfläche mittels einer Maske zwei­ dimensional strukturiert ist, in einfacher Weise durch Stra­ hlen bearbeitbar sind, wobei die Tiefe der Materialabtragung von der Relativbewegung zwischen Werkstück und Strahldüsen, vom Strahlmittel, Strahldruck und vom Strahlabstand abhängig ist. Dabei können in sehr kurzer Zeit in die Werkstücke Ver­ tiefungen definierter Form eingebracht werden. Die Oberfläche der Vertiefungen, sowie deren Ränder können mit hoher Qualität reproduzierbar hergestellt werden.

Bei der Auswahl einer geeigneten Maske ist es vorteilhaft, eine fototechnisch hergestellte Maske einzusetzen. Damit wird die zweidimensionale Strukturierung der Oberfläche mit hoher Genau­ igkeit nach der Bearbeitung eingehalten.

Zur gleichmäßigen flächigen Bearbeitung von Werkstücken, bei­ spielsweise zur Herstellung von mehreren nebeneinander ange­ ordneten Vertiefungen ist der Einsatz von breitstreuenden Strahldüsen vorteilhaft. Damit läßt sich auf einfache Weise ein gleichmäßiger Abtrag bei konstanter Relativbewegung zwi­ schen Strahldüsen und Werkstück erzeugen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Werkstück 1, dessen Oberfläche durch eine Maske 2 strukturiert ist und in welches Wannen 3 und Nuten 4 eingearbeitet werden sollen,

Fig. 2 zeigt Werkstücke 1, die auf einer bewegten Auflage 9 unter pendelnden Strahldüsen 5 verfahren werden.

In der Fig. 1 ist ein Werkstück 1 dargestellt, das durch das Aufbringen einer Maske 2 auf die in diesem Fall plane Oberflä­ che zweidimensional strukturiert worden ist. Durch die Maske 2 sind sämtliche Teile der Oberfläche, die nicht die Vielzahl von Wannen 3 und Nuten 4 betreffen, abgedeckt. Dabei hat eine Wanne 3 beispielsweise eine Fläche von 6×3,1 mm. Ihre Tiefe beträgt nach der Bearbeitung ca. 0,55 mm mit einer Toleranz von maximal ± 0,1 mm. Optimierte Werte liegen bei ± 0,05 mm.

Die Werkstücke 1, in die die Tintenwannen eingebracht werden, sind in der Regel planparallele Glasplatten, beispielsweise aus speziellem Glaswerkstoff. Es lassen sich jedoch genauso Werkstücke 1 aus Silizium oder aus Keramik oder ähnlichen Werkstoffen bearbeiten. Das Abdecken eines Werkstückes 1 mit­ tels einer Maske 2 kann beispielsweise mit einem entsprechend gestanzten Klebeband, mit einer auflamellierten Fotofolie, die fototechnisch belichtet und entwickelt wurde, oder durch eine im Siebdruckverfahren aufgebrachte und entsprechend struktu­ rierte Maske geschehen. Bei hohen Genauigkeitsanforderungen bezüglich der Kanten der Tintenwannen ist der fototechnisch aufgebrachten Folie der Vorzug zu geben. Eine durch zweifache Anwendung in einer Stärke von insgesamt 200 µm fototechnisch aufgebrachte elastische Folie hält den mechanischen Belastun­ gen während der Bearbeitung ausrei­ chend Stand.

In der Fig. 2 sind auf einer Auflage 9 liegende Werkstücke 1 dargestellt. Diese werden in Bewegungsrichtung 8 mit vorgege­ bener Geschwindigkeit verfahren. Dabei wird über die Strahl­ düsen 5 das Strahlmittel 6 auf die Werkstücke 1 annähernd gleichmäßig aufgestrahlt, wobei der gewünschte Materialabtrag in den Wannen 3 und den Nuten 4 vonstatten geht. Die Anordnung von Strahldüsen 5 wird in einer Pendelbewegung 7 quer zur Be­ wegungsrichtung 8 bewegt.

Als Strahlmittel 6 wird in der Regel Aluminiumoxid, Siliziumo­ xid, Siliziumcarbid oder Borcarbidpulver eingesetzt. Ein gän­ giges Strahlmittel 6 ist beispielsweise auch Edelkorundpulver, dessen Partikel einen Durchmesser von ca. 50 µm haben. Ein Pulver mit dieser Körnung erzielt bei den oben beschriebenen Dimensionen der Tintenwannen eine ausreichend gute Qualität bezüglich der Feinheit der Oberfläche und der Geradlinigkeit der Kanten. Die Feinheit der Oberfläche kann jedoch durch Variation der Körnungen beim Strahlmittel 6 verändert werden. Sehr glatte Oberflächen werden beim Schlämmstrahlen erzielt, wobei hier das Strahlmittel 6 mit einer Flüssigkeit vermischt ist. Die Förderung des Strahlmittels 6 geschieht mittels Luft­ druck oder hydraulisch beim Schlämmstrahlen. Beim Abstrahlen der Werkstücke 1 wird an den nichtabgedeckten Stellen Material abgetragen, wobei die Abtragsmenge abhängig ist vom Strahlmit­ tel 6, dem Strahldruck, vom Abstand zwischen den Strahldüsen 5 und dem Werkstück 1 und von der Durchlaufgeschwindigkeit (Be­ wegung 8) der Werkstücke 1.

Während des Verfahrens können zusätzlich Marken oder Justier­ kreuze 11 in das Werkstück 1 eingebracht werden, falls diese in der Maske 2 vorgesehen sind. Eine weitere Variante im Ver­ fahren besteht darin, daß feinstrahlige Strahldüsen 5 verwen­ det werden, mit denen gleichzeitig geschnitten, gebohrt oder punktuell bearbeitet werden kann.

Die Anordnung der Strahldüsen, die in Fig. 2 quer zur Bewe­ gungsrichtung 8 dargestellt ist, kann zweckmäßigerweise auch in Bewegungsrichtung 8, also um 90° gedreht, ausgebildet sein. Es können Druckstrahldüsen eingesetzt werden. Soll flächig abgestrahlt werden, sind jedoch Injektorstrahldüsen zu bevorzugen.

Claims (3)

1. Verfahren zum definierten Materialabtrag an Werkstücken (1) aus spröden und harten Werkstoffen, insbesondere zum Ein­ bringen von Tintenwannen in die Deckgläser von Tintendruck­ köpfen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine bestimmte Struktur auf der Oberfläche des Werkstückes (1) mittels einer Maske (2) vorgegeben wird,
• - von der Maske (2) nicht abgedeckte Teile der Oberfläche des Werkstückes (1) durch Strahlen bearbeitet werden und
• - der dreidimensionale Materialabtrag in Abhängigkeit von der Charakteristik von Strahldüsen (5), dem Strahldruck, dem Strahlabstand und der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen Werkstück (1) und Strahldüsen (5) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Maske 2 mittels Fototechnik herge­ stellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch ge­ kennzeichnet, daß von den Strahldüsen (5) er­ zeugte Strahlen (10) breit streuen.