Elektronenstrahl-Bohren/Perforieren: Exakte Resultate bei hoher Bohrfrequenz

Der Elektronenstrahl ist das klassische Verfahren zum Bohren vieler, kleiner Löcher in dickem, zähem Material.

„Viel“ heißt hier 2.000 Löcher/sec. oder mehr je Bearbeitungszyklus.
Unter zäh verstehen wir vor allem alle metallischen Werkstoffe, aber auch andere Materialien sind möglich (Bild1).
Alle metallischen Werkstoffe heißt natürlich, dass CrNi- oder Co-Legierungen ebenso wenig ein Problem darstellen, wie Titan, Aluminium oder Kupfer.
Kleine Löcher sind bei uns zwischen 80µm und 2mm im Durchmesser groß, und dies bei Schachtverhältnissen (Lochdurchmesser zu Materialdicke) von bis zu 1:20 (Bild2).

Unsere Stärken sind Ihr Nutzen:
Extrem schnelle Bohr- bzw. Abtragsraten mit relativ geringer Wärmeeinbringung und Verzug.

Einen seiner Haupteinsatzgebiete findet der Elektronenstrahl beim Bohren von Schleuderscheiben zur Herstellung von Glasswolle für die Dämmstofftechnik.

Ebenso gibt es viele Anwendungen aus der Lebensmittel- oder Chemischen Industrie. Als Beispiel nennen wir immer gerne unsere „Tofubleche“, d.h. Siebe mit 12 Mio Löcher pro Quadratmeter zur Herstellung von Tofu.

Auch in der Luftfahrt wird gerne auf den Elektronenstrahl zurückgegriffen, hier vor allem für die Einbringung von Bohrungen zum Beimengen von Kühlgasen in Triebwerksbauteilen. Diese können bis zu 30° zur Oberfläche eingebracht werden.

Allgemeine Maschinen- und Anlagenbau: Dort gibt es viele Anwendungen aus dem Filtrations- und Siebbereich, bei denen auf den Elektronenstrahl zurück gegriffen wird, vor allem dann, wenn andere Verfahren an ihre Grenzen stoßen. Als Beispiele sollen hier Pulp and Paper / Papierindustrie, Siebkörbe für Kunststoffrecycling, etc. genannt werden.

Ähnlich dem Schweißen werden auch hier Elektronen im Vakuum mit 120kV auf knapp 2/3 Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Beim Auftreffen auf das Werkstück geben sie dann Ihre kinetische Energie in Form von Wärme an das Werkstück ab. Es entsteht damit ein lokales Schmelzbad, in dessen Zentrum sich eine Dampfkapillare ausbildet. Sobald dieser Schmelzkanal mit der Dampfkapillare im Zentrum das Werkstück vollständig durchdrungen hat, stößt er auf ein Unterlegematerial („Backing Material“), dass bei Kontakt explosionsartig verdampft und das aufgeschmolzene Material in entgegengesetzte Richtung austreibt (Bild3).

Als Ergebnis bleibt ein sehr glattes Loch (Kanal) mit einer wiedererstarrten Schmelzschicht von 5-10µm an den Lochwänden. Am Einschuss (Strahleintrittseite) weisen die Lochränder eine leichte Verrundung auf, zusätzlich kommt es auf der Oberseite (Strahleintrittseite) zu einer leichten Gratbildung an den Lochrändern durch partielles Anhaften des abgetragenen Materials.

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Bohren.pdf
Hole_drilling_by_means_of_an_EB.pdf