DIE HERSTELLUNG VON BAUTEILEN DURCH ELEKTROFORMUNGSTECHNOLOGIE (UV-LIGA)
Im Jahr 1998 eingeführt, kombiniert diese additive Fertigungstechnologie für Bauteile Lithografie (durch UV-Bestrahlung) und Galvanoplastik. Das Akronym UV-LIGA verweist direkt darauf. Traditionelle Fertigungsmethoden sind in der Regel mit dem Einsatz eines spezifischen Maschinentyps verbunden (z. B. Bearbeitungszentrum, Prägestempelmaschine oder Funkenerodiermaschine). In der Uhrmacherei werden hauptsächlich Nickellegierungen (insbesondere Nickelphosphor) mit dieser Technologie verwendet. Die UV-LIGA-Technologie ist eher ein Fertigungsverfahren, das in verschiedene Schritte unterteilt ist:
Bauteilgestaltung
Die UV-LIGA-Technologie ermöglicht die Herstellung von Bauteilprofilen, die mit anderen Fertigungsmethoden nicht realisierbar wären. Beispielsweise kann ein Hemmungsrad mit einer strukturierten Öffnung versehen werden, um es maximal zu erleichtern, ohne die Steifigkeit zu schwächen. Es ist daher wichtig, diese Technologie gut zu verstehen, um ihre Vorteile bereits in der Bauteilgestaltung zu integrieren.
Erstellung der Fotomaske
Das Profil des zu produzierenden Bauteils wird im Maßstab 1:1 auf eine Glasscheibe gedruckt. Das Bauteil wird so oft wie möglich auf der Oberfläche der Fotomaske reproduziert. Das Licht (UV-Strahlen) kann somit nur an den Außenkonturen der Bauteile hindurchtreten, die produziert werden sollen.
Herstellung des Wafers
Der Wafer ist sozusagen die Form, die es ermöglicht, das Bauteil durch additive Wachstumstechnologie zu fertigen. Es handelt sich um eine Siliziumscheibe, deren Oberfläche vergoldet wird, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Danach wird eine lichtempfindliche Harzschicht aufgetragen, die dicker ist als das Bauteil, das produziert werden soll, und auf die zuvor vergoldete Oberfläche des Wafers aufgebracht.
Strukturierung der Form
Dieser Schritt besteht darin, die Fotomaske auf den Wafer zu legen und die Oberfläche des Wafers mit UV-Strahlen zu bestrahlen. Natürlich wird durch den Filter der Fotomaske nur die Oberfläche der Bauteile geschützt, die produziert werden sollen. Das Harz, das den UV-Strahlen ausgesetzt ist, härtet durch Polymerisation aus und kann in der nächsten Phase nicht mehr aufgelöst werden.
Lösen des nicht bestrahlten Harzes
Nachdem der Wafer den UV-Strahlen ausgesetzt wurde, wird er in ein Bad getaucht, das mit extrem hoher Präzision die nicht bestrahlten Flächen des Wafers auflöst, also die präzise Fläche der zu produzierenden Bauteile. Durch diesen Vorgang entstehen so viele Formen des Bauteils, wie die Oberfläche des Wafers aufnehmen kann. An diesem Punkt ist die Form des Bauteils fertig, ebenso wie der Lithografieteil des Verfahrens.
Herstellung des Bauteils durch Materialwachstum
Die Form wird in ein Galvanikbad getaucht. Ein elektrischer Strom fließt zwischen einer Anode im Bad und dem Boden der Form (vergoldet), der als Kathode dient. Die Metallpartikel, die im Bad schweben, lagern sich in aufeinanderfolgende Schichten auf dem Boden der Form und dann über die gesamte Höhe des Bauteils ab und respektieren perfekt die Umrisse, die durch das Harz definiert wurden.
Oberflächenbearbeitung
Die obere Oberfläche des gesamten Form-Bauteil-Komplexes wird anschließend geschliffen, um alle Bauteile auf ihre endgültige Dicke zu bringen und die Ebenheit sowie das Parallelismus der verschiedenen Bauteiloberflächen zu gewährleisten.
Auflösen der Form
Nach dem Schleifen wird das gesamte Bauteil in ein Bad getaucht, das das gehärtete Harz der Form und ihren Substrat auflöst. Die fertigen Bauteile werden aus der Form freigesetzt und sind bereit für die Montage.
Die UV-LIGA-Technologie bietet im Vergleich zu traditionellen Fertigungsmethoden viele Vorteile. Das Design und die Technik der Bauteile haben sofort davon profitiert. Durch das Präzisionsniveau, das dieses Verfahren bietet, und das Fehlen mechanischer Belastungen während der Herstellung des Bauteils werden die technischen und designtechnischen Grenzen auf beeindruckende Weise verschoben.
Obwohl das Verfahren mehrere Schritte erfordert, ist die Umsetzung schnell und kostengünstig. Die durch dieses Verfahren hergestellten Bauteile sind stets perfekt identisch und entsprechen dem ursprünglichen Plan. Die Präzision liegt im Mikrometerbereich, und ohne jegliche Werkzeuge können äußerst enge Toleranzen erreicht werden.
Durch diese Präzision und das Fehlen von Schneidwerkzeugen benötigen die Oberflächen der Bauteile in den meisten Fällen keine Nachbehandlung. Ein bedeutender Vorteil, insbesondere bei Zahnrädern, da die Reibung durch die Qualität der mit dieser Technologie erzielten Oberflächen minimiert wird. Schließlich ist das üblicherweise verwendete Nickel-Phosphor-amagnetisch, eine besonders geschätzte Eigenschaft bei der Herstellung von Komponenten für das Hemmungssystem.
Die vielen Vorteile dieses Verfahrens haben es schnell zu einer unverzichtbaren und weit verbreiteten Technologie gemacht. Es hat die Kreativität der Designer und die Leistung der Uhren wirklich befreit. Mit dem Aufkommen von Silizium stellt die UV-LIGA-Technologie eine der wichtigsten Entwicklungen des letzten Jahrhunderts dar.