Möglich wurde dies durch einen aussergewöhnlich reinen Werkstoff, ein optimiertes Gefüge und höchste Präzision im Walzprozess.

Ultrafeine metallische Drähte gewinnen in zahlreichen Hochtechnologieanwendungen zunehmend an Bedeutung. Während Runddrähte im einstelligen Mikrometerbereich heute bereits industriell verfügbar sind, bewegen sich etablierte Flachdrahtabmessungen bislang überwiegend im zweistelligen Mikrometerbereich. Ein typisches Beispiel sind Unruhfedern für mechanische Uhrenwerke, die üblicherweise Dicken von etwa 25 µm bei Breiten um 100 µm aufweisen. Die Herstellung deutlich kleinerer Flachdrahtquerschnitte mittels Kaltumformung galt bislang als kaum realisierbar.

Vor diesem Hintergrund stellt der aktuelle Erfolg der beiden Entwicklungspartner einen deutlichen Technologiesprung dar. Erstmals konnte ein metallischer Flachdraht mit einer Dicke von weniger als zwei Mikrometern reproduzierbar gewalzt werden. Der resultierende Draht weist Abmessungen von knapp 2 µm Dicke und 39 µm Breite auf, wobei eine REM-Aufnahme eine tatsächliche Dicke von 1.84 µm bestätigt.

Als Ausgangsmaterial diente ein ultrafeiner Runddraht des Typs „Bender Wire 304NX“ mit einem Durchmesser von etwa 11 µm, den die Stamm Feindrahtwerke unter der Leitung von Geschäftsführer Sebastian Ablas entwickelt haben. Die Realisierung derart geringer Drahtdurchmesser basiert massgeblich auf dem eigens entwickelten Werkstoff „Bender Wire 304NX“, der sich durch eine aussergewöhnlich hohe Reinheit sowie eine präzise abgestimmte chemische Analyse auszeichnet. Die gezielte Kombination aus Werkstoffreinheit und spezifischer Legierungselementen ermöglicht das Erreichen herausragender technologischer Werte, insbesondere im Hinblick auf Umformbarkeit und Prozessstabilität. Bei Drahtquerschnitten in der Grössenordnung von wenigen Mikrometern führen bereits geringfügige Verunreinigungen, nichtmetallische Einschlüsse oder mikroskopische Inhomogenitäten unweigerlich zu lokalen Spannungsüberhöhungen und infolgedessen zu Drahtbrüchen. Eine konsequent kontrollierte Werkstoffreinheit sowie eine exakt definierte chemische Zusammensetzung stellen daher eine zwingende Voraussetzung für stabile und reproduzierbare Umformprozesse in diesem Dimensionsbereich dar.

Neben der Reinheit ist die gezielte Gefügeauslegung von zentraler Bedeutung. Stamm Feindrahtwerk hat den Draht speziell auf Umformprozesse abgestimmt, sodass sowohl Zieh- als auch Walzoperationen bei extrem kleinen Querschnitten noch möglich sind. Ohne ein homogenes, feinkörniges und spannungsarmes Gefüge wären plastische Umformungen in diesem Dimensionsbereich nicht realisierbar.

Das Walzen erfolgte auf dem präzisen und hochsteifen „Duo 40“ Walzgerüst der Roder Engineering AG. Die hohe Steifigkeit des Gerüsts sowie die exakte Walzspaltführung sind entscheidend, um Massabweichungen im Submikrometerbereich zu vermeiden. Zum Einsatz kamen Vollhartmetallwalzen, die in Gleitlagern gelagert sind. Diese Auslegung gewährleistet einen ruhigen, schwingungsarmen Lauf und eine sehr hohe Oberflächenqualität der Walzen – beides essenziell bei extremen Umformgraden.

Der erreichte Flachdraht liegt in Dimensionen, die im Grenzbereich der Wahrnehmung des menschlichen Auges liegen. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar besitzt einen Durchmesser von etwa 70 µm und ist damit mehr als 35-mal dicker als der hier hergestellte Flachdraht. Ein Bildvergleich verdeutlicht zudem den Grössenunterschied zwischen dem Ausgangsrunddraht, dem menschlichen Haar und dem gewalzten Flachdraht.

Mit der Reduzierung der Drahtdicke von bislang etablierten zweistelligen Mikrometerwerten auf unter zwei Mikrometer eröffnet sich ein Quantensprung für zukünftige Anwendungen. Insbesondere in der Medizintechnik ergeben sich neue Möglichkeiten, etwa für hochflexible, zugleich jedoch äusserst zuverlässige Operationswerkzeuge. Auch in weiteren Bereichen wie der Mikromechanik, Sensorik oder Mikroelektronik könnten derartige Flachdrähte neue konstruktive Freiheitsgrade ermöglichen.

Der erfolgreiche Walzversuch zeigt, dass die Grenzen der Kaltmassivumformung selbst im einstelligen Mikrometerbereich weiter verschoben werden können – vorausgesetzt, Werkstoffqualität, Gefügeauslegung und Walztechnologie sind optimal aufeinander abgestimmt.

Innovationskasten

Mit dem Walzen eines Flachdrahtes von unter 2 µm Dicke verschieben die Roder Engineering AG und Stamm Feindrahtwerke die bislang geltenden Grenzen der Kaltmassivumformung deutlich. Während etablierte Flachdrähte bislang im zweistelligen Mikrometerbereich liegen, wird hier erstmals ein reproduzierbarer Umformprozess im Submikrometermassstab demonstriert. Der Erfolg basiert auf aussergewöhnlicher Werkstoffreinheit, gezielter Gefügeauslegung und einer hochpräzisen Walztechnologie. Damit eröffnen sich neue Anwendungspotenziale, insbesondere für hochflexible und zugleich zuverlässige Bauteile in der Medizinaltechnik sowie in weiteren mikrostrukturierten Anwendungen.

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