KERN MICROTECHNIK GMBH

Cimatron für höchste Präzision in kleinsten Dimensionen

Web Site: http://www.kern-microtechnik.com

The Challenge
  • Producing highly complex parts, particularly those requiring ultra-precision micro milling.
  • Keeping programming time to an absolute minimum in order to better meet customer deadlines.
  • Circumventing likely programming problems through the use of realistic machine simulations.
  • Handling all types of customer data, no matter the quality.
  • Ensuring that all technical support issues are addressed immediately.
The Solutions

Cimatron master solution

The Results
  • With Cimatron’s micro-milling module, highly precise and effective tool paths are guaranteed, ensuring the machining of parts of an exacting standard.
  • Kern has experienced an overall reduction in programming time, with many tasks now taking only a few seconds or minutes to perform that in the previous software could take hours.
  • Generating efficient tool paths that run safely has become the standard at Kern thanks to Cimatron’s realistic machining simulations.
  • Cimatron’s quick and reliable data interface allows problematic data to be loaded and editing to begin almost immediately.
  • Kern has received a high level of localized technical support from a designated Cimatron engineer who is readily available to answer any questions. Kern staff has also seen their suggestions for software features incorporated in Cimatron version updates.

Kern Microtechnik is a global market leader in the field of micro-manufacturing. With a staff of 150 and production facilities in Murnau and Eschenlohe, Germany, the company designs and builds machines for ultra-precision milling, as well as providing precision contract manufacturing services.

The company was founded as a manufacturing shop in 1962 by Kurt Kern, but it was not until 1981 that Kern began producing its now famous milling machines. In that year it was approached by IBM to manufacture a part requiring an extremely high level of precision. However, the ability to manufacture such a part was well beyond the company; in fact, there was no machine on the market that could produce the part given the exacting level of precision required.

Rather than declining the job from IBM for this reason, Kurt’s son Günter adopted the attitude of “nothing is impossible” and decided to create a machine that could manufacture precision parts. This machine became the basis of Kern’s highly successful micro-milling machine business and its emergence as a global leader in the field.

The company today hosts the largest micro-manufacturing plant in Europe and, in addition to the provision of machines, it offers precision contract machining of prototypes, single lot parts, and full production runs. Its product range varies from mechanical watch components to fiber optic connectors, medical instruments, and turbine wheels.

To run its world famous machines, Kern relies heavily on the Cimatron CAD/CAM software solution. “To design and program parts on our machines we need a powerful CAD/CAM system, a system that can generate highly effective tool paths that allow a part to be created in record time”, says Robert Brandl, one of Kern’s senior engineers.

Highest precision for the smallest dimensions

Kern often needs to manufacture parts with tolerances in the single digit micron range. Prior to using Cimatron, the company’s engineers had to manipulate part geometry in their computer system, enlarging the geometry by a factor of 10, then scaling the result down to the desired dimension. However, this led to miscalculations that had a noticeable effect on the part produced.

Since employing Cimatron’s micro milling module, “effective toolpaths are guaranteed, even with the smallest tolerances,” says Brandl.

Cimatron launched the world’s first solution for micro milling in 2005. The solution enables the efficient milling of parts using miniature tools (with diameters smaller than 0.1 mm) and working at very tight tolerances in order to achieve an extremely high level of accuracy. A constant tool load is maintained to prevent breakage. The solution also allows users to perform high speed milling and to work on any 3-5 axis machine.

Minutes instead of hours

Kern has experienced an overall reduction in programming time since it first began using Cimatron’s 5 axis module. This has given the company an extra boost in its efforts to meet often tight customer deadlines.

“It’s really tops,” says Brandl. “We also use another well-known CAD/CAM package in our factory and we’ve found that Cimatron is generally faster for most tasks. Sometimes it takes only a few seconds or minutes to perform programming tasks that in the other software could take hours.”

Simulation with actual machining conditions

Another aspect of Cimatron that Kern has benefitted from is its multiple simulation capabilities, which allow for the creation of safe and efficient tool paths.

Those who rely on simulation data are sometimes in for a nasty surprise, as many simulation programs calculate data that differs significantly from the actual machining conditions. However, Cimatron’s simulations employ advanced algorithms that ensure the realistic simulation of the machining process, with tool motions visualized in the actual machine environment.

“CimatronE might not always be as fast as other simulation packages on the market, but it is definitely one of the best that I’ve seen in terms of calculating data like the post processor does,” says Brandl.

Data interface & customer support

The customer data that Kern receives is sometimes of very poor quality. However, Brandl says that, “with Cimatron’s data interface, we’ve always managed to load problematic data and to begin editing with a minimum of fuss.”

Kern is also happy with the level of localized technical support that Cimatron offers: “Cimatron are experts at solving tricky problems,” says Brandl. “We’ve had the same engineer at Cimatron for many years available to answer any questions we have on the phone. We feel like we’re in good hands.”

Brandl says that Cimatron “takes its customers seriously” and is open to receive feedback: “On occasion we feel that there are features that it’d be good for the software to have. We don’t hesitate to mention this to Cimatron and often these features appear in one of the next releases of the software.”

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Cimatron für höchste Präzision in kleinsten Dimensionen

  • Kern Microtechnik mit Standorten in Murnau und Eschenlohe, entwickelt und produziert mit derzeit 80 Mitarbeitern im Bereich Maschinenbau. Weitere 50 Mitarbeiter sind im Unternehmensbereich der Präzisions-Auftragsfertigung beschäftigt.
  • Um bei universeller Einsetzbarkeit auch 5-achsig hochpräzise Mikro-Fräs-Werkzeugwege schnell und sicher erzeugen zu können, ist bei Kern die Cimatron NC-Lösung im Einsatz.
  • „Im internen Vergleich mit einem anderen leistungsfähigen CAD/CAM-Paket, das bei uns im Einsatz ist, hat Cimatron in Sachen Rechenzeit generell die Nase vorn. “

Die Maschinen von Kern sind ein Synonym für höchste Präzision in kleinsten Dimensionen. Experten des Unternehmens testen unter anderem die Machbarkeit komplexer Kundenteile. Hier ist ein leistungsfähiges CAD/CAM-System gefordert – die Verantwortlichen verlassen sich auf das Paket von Cimatron.

Kleine und kleinste Strukturen mit höchster Präzision zu bearbeiten ist die Domäne der Maschinen von Kern Microtechnik. Mit der CAD/CAM-Software von Cimatron lassen sich deren Möglichkeiten ausreizen.

Immer wieder eine neue Herausforderung – für Robert Brandl gibt es keine Routine. Zu unterschiedlich sind die Werkstücke, die Anwender und potenzielle Kern-Kunden auf den Maschinen aus der bayrischen Präzisionsmaschinenschmiede fertigen wollen. Werkstücke, die auf anderen Maschinen „unmöglich“ sind, werden in Eschenlohe auf Machbarkeit überprüft. „Wer Anwender einer Kern-Maschine ist, gehört zu unserer Familie“, betont Günter Dünnwald, Leiter Technology bei dem Maschinenhersteller. „Das bedeutet, dass wir auch bei sehr komplizierten Aufgabenstellungen helfen.“ Ein hoch qualifiziertes Team aus Experten kümmert sich darum, dass auch sehr komplexe Werkstücke auf den hoch präzisen Maschinen realisiert werden können.

Präzision bei großen Stückzahlen

Entstanden ist das Unternehmen Kern Microtechnik aus dem Bedarf heraus, eine Maschine für höchste Präzision zu entwickeln. „Es gab schlicht keine Maschine, die diesen Anforderungen an höchste Genauigkeit gerecht wurde – vor allem nicht nur einmal, sondern immer wieder auch im robusten Einsatz über große Serien hinweg“, erklärt Dünnwald. Vier Maschinenbaureihen decken das Gebiet der Höchstpräzision bei Kern heute ab. Inzwischen ist das Unternehmen in diesem Bereich ein globaler Marktführer. Die typischen Werkstücke sind zwar größer geworden, die Anforderungen an Präzision sind trotzdem weiter gestiegen. Maschinenbautechniker Robert Brandl ist einer der Problemlöser, die sich bei Kern um besonders schwierige Teile kümmern. „Um die komplexen Werkstücke zeitnah und wirtschaftlich auf die Maschine zu bringen benötigen wir ein sehrleistungsfähiges CAD/CAMSystem“, erklärt er. „Ein System, das sehr genau rechnet, das die Werkzeugwege unter anderem auch so auflöst, dass die Fräsbahnen werkzeugschonend ausgeführt werden. Dabei sollte es auch noch möglichst schnell rechnen. Deshalb setzen wir hier auf Cimatron.“

Brandl hat meist sehr genaue Vorstellungen, wie die Maschine ein Werkstück bearbeiten soll (Bild li.). Die Cimatron-Software setzt diese Ideen schnell und präzise um.

Günter Dünnwald, Leiter Technology (links), und Maschinenbautechniker Robert Brandl sind überzeugt von den Möglichkeiten des Cimatron- Softwarepakets.

Speziell bei Losgröße 1 ist eine zuverlässige Simulation von großem Vorteil. Bei Cimatron arbeitet dieses Modul mit den Echtdaten aus dem Postprozessor.

Trends μ-genau – Mit belastbaren Werten simuliert

Wer sich auf die Daten aus seiner Simulation verlässt, kann mitunter eine böse Überraschung erleben. Denn viele Simulationen berechnen die Daten deutlich anders, als es danach der Postprozessor erledigt. Das reicht zwar in der Regel aus, um beispielsweise einen Crash sicher zu vermeiden. Wer aber sichergehen will, dass sich die Simulation so verhält wie später die Maschine, muss mit den Echtdaten des Postprozessors arbeiten. Cimatron geht diesen aufwändigen Weg, damit die Simulation tatsächlich ein genaues Bild der späteren Realität wiedergeben kann. Modul Micromilling. „Damit sind auch bei kleinsten Formen vernünftige Werkzeugwege garantiert“, betont Brandl. „Wenn man zum Beispiel mit einem 30-μm-Fräser arbeiten will, ist es wichtig, dass die Software die richtigen Strategien beherrscht.“

Toleranzen im einstelligen μm-Bereich

Gerade wenn es um Einzelstücke geht, muss die Software absolut fehlerfrei und sehr präzise arbeiten – nicht selten sind wertvolle Rohlinge im Spiel. Dazu kommen die sehr speziellen Anforderungen vieler Anwender; schließlich sind die Kern-Maschinen für die Mikrobearbeitung prädestiniert. „Toleranzen im unteren einstelligen μm-Bereich über das gesamte Bauteil sind nichts ungewöhnliches“, berichtet Brandl. „Früher hat man sich damit beholfen, dass man einfach um den Faktor 10 größer konstruiert hat und das gesamte Programm dann auf die gewünschte Dimension herunterskalieren ließ. Aber abgesehen von der Rechenzeit kamen bei den damit erzielten Ergebnissen auch Rechenfehler zum Tragen, die sich durchaus bemerkbar machten.“ Speziell für kleinste Dimensionen bietet Cimatron inzwischen dasModul Micromilling. „Damit sind auch bei kleinsten Formen vernünftige Werkzeugwege
garantiert“, betont Brandl. „Wenn man zum Beispiel mit einem 30-μm-Fräser arbeiten will, ist es wichtig, dass die Software die richtigen Strategien beherrscht.“

Nur noch Minuten statt Stunden

Begeistert ist der Zerspanungsexperte auch vom 5-Achs-Modul des CAD/CAM-Pakets: „Das ist Spitze“, erklärt er. „Im internen Vergleich mit einem anderen leistungsfähigen CAD/CAM-Paket, das bei uns im Einsatz ist, hat Cimatron in Sachen Rechenzeit generell die Nase vorn. Manchmal brauche ich nur ein paar Sekunden oder Minuten für das Gleiche, auf das der Kollege unter Umständen viele Stunden warten muss.“ Zugegeben, das liegt zwar auch ein Stück weit an der Erfahrung, die Brandl angesammelt hat, und daran, dass er sich „in die Tiefen“ der Software eingearbeitet hat und auch mit freien Parametern operiert. Trotzdem sind die Ergebnisse im Vergleich beeindruckend. Gefertigt wird in Eschenlohe „nahezu alles“, wie Brandl betont. „Das Spektrum reicht von komplexen Elektroden aus Wolfram für einen Wendeschneidplattenhersteller über filigrane medizintechnische Teile in unterschiedlichsten Werkstoffen bis zu ausgefeilten Spritzgießformen für Spielzeugeisenbahnen und Prägestempel aus Hartmetall.“

Gute Datenschnittstellen

Dabei stammen die Daten aus unterschiedlichsten Quellen. „Und sind manchmal von gelinde gesagt sehr schlechter Qualität“, berichtet Brandl. „Zum Glück verfügt Cimatron über sehr gute Schnittstellen – wir haben es bisher immer geschafft, auch Problemdaten vernünftig zu laden und zu bearbeiten.“ Ein weiterer Pluspunkt sind die vielfältigen Simulationsmöglichkeiten, die gerade bei der Fertigung in Losgröße 1 sehr wichtig sind. Denn Projekte, bei denen Anwender an ihre Grenzen stoßen, sind für Robert Brandl Alltagsgeschäft. „Mit Cimatron kommt zwar auch der weniger versierte Anwender schnell ans Ziel“, erklärt er. „Wenn es aber darum geht, wirklich die Möglichkeiten unserer Maschinen auszuloten, dann muss die Software auch für Bediener, die sich tiefer einarbeiten wollen, entsprechende Möglichkeiten bereitstellen. Genau das ist bei Cimatron der Fall.“

Kompetente Hotline-Mitarbeiter

So kommt es, dass Brandl durchaus auch die Software „im Grenzbereich fährt“ und die Möglichkeiten ausreizt. „Wenn ich an ein Werkstück herangehe, habe ich oft ein genaues Bild vor Augen, wie die Bearbeitung laufen muss“, erklärt er. „Aber wie bringe ich das der Maschine bei? – Bei kniffligen Lösungsfindungen sind die Spezialisten bei der Cimatron-Hotline exzellente und kompetente Sparringspartner“, lobt er. „Da ist fundiertes Know-how vorhanden, es sind schon seit vielen Jahren die gleichen Ansprechpartner am Telefon. Die legen sich mit uns ins Zeug, um die Anforderungen und Wünsche unserer Kunden zu erfüllen.“ Auch sonst fühlt sich Brandl bei Cimatron gut aufgehoben: „Cimatron nimmt seine Kunden ernst“, erklärt er. „So werden beispielsweise Funktionen, die wir vermissen und entsprechend nachfragen, oft in einem der nächsten Releases des Softwearepakets bereitgestellt – für alle Anwender.“ 

(Autor: Richard Pergler – Artikel erschienen
in fertigung Juli/August 2013)

“Da ist fundiertes Know-how vorhanden, es sind schon seit vielen Jahren die gleichen Ansprechpartner am Telefon. Die legen sich mit uns ins Zeug, um die Anforderungen und Wünsche unserer Kunden zu erfüllen.”

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