早在1995年，Moeschter集团作为高性能材料专家就引进了陶瓷专业技术，并由此成立了Doceram业务部门。这个快速增长的部门如今遍布全球各大洲，为多行业提供高性能陶瓷加工服务。

陶瓷材料优势众多，但缺点同样明显：成本高昂且加工难度极大。Moeschter集团Doceram技术总监Stefan Veltum表示：“陶瓷材料价格远高于金属，但其更长的使用寿命已能抵消初始成本。更重要的是，采用陶瓷部件的设备可连续运行更长时间。这种情况下，高材料成本很快就能收回成本。”

图1  在Kern Micro HD加工中心上，通过韧性切削技术实现一次性装夹成型。根据需求，该工艺可稳定达到Ra=0.05  μm的表面粗糙度

真正的挑战在于脆性陶瓷的加工。裂缝或断裂是不可避免的。这种或类似的损坏会导致陶瓷产品部件变形，甚至造成裂缝扩散。此外，零件必须以最高的精度制造。这是许多公司所面临的挑战，正如Stefan Veltum所说的那样：“加工陶瓷需要深厚的专业知识。经过近30年的积累他们已经掌握了相关工艺，能够可靠地控制生产过程，Kern Micro HD五轴加工中心的投入让我们如虎添翼。”

到2023年初，Doceram公司还主要依赖传统的制造工艺：铣削与烧结后仍需额外研磨或珩磨，以达到精度要求。这种方式限制了零件形状设计，废品率较高，且多道工序耗时需要一天以上的时间。

在夹持状态下制造陶瓷零件

Doceram团队希望实现陶瓷单次装夹加工，但缺乏适合的技术。在2022年，Stefan Veltum与运营总监Vanessa Förster开始寻找新方案。“Kern Microtechnik公司的五轴加工中心在超高精度领域声誉显著。”Vanessa Förster补充道，因此他们与Kern销售工程师Michael Bette建立了联系。

不久之后，Michael Bette与Kern技术总监Marvin Gröb在多特蒙德共同展示了如何利用精密五轴加工中心Kern Micro HD及切割模式实现硬质陶瓷加工。Michael Bette回忆道：“我同事报告结束时，整个房间鸦雀无声。随后Stefan Veltum表示：如果你们演示的内容是真的，你们现在就卖出一台设备了。”

在此之前，Doceram和Kern的负责人进行了多次深入交流，并共同使用Kern Micro HD加工中心试制了若干样品零件。“所有功能都完全符合我们的预期。”Stefan Veltum强调道，事实上，没有其他制造商能够提供类似的整体解决方案。他提到的Kern Microtechnik整体解决方案，还配套了Erowa Robot Compact 80的全自动化系统、用于可靠清除地陶瓷泥渣的过滤系统， Blum-TC52-LF测头的在线测量系统，以及更多配套设备。

此外，Stefan Veltum和Vanessa Förster同样看重Kern公司提供的全面应用咨询服务。他们特别强调了由Kern工程师研发的韧性切削技术，这项发明为特殊几何刃形刀具能够以连续切屑方式切削脆性陶瓷奠定了基础。

自2023年第一季度起，Kern Micro HD五轴加工中心便在Doceram公司投入使用，并被员工亲切地称为“女王”。这台设备被安置在生产区域的核心位置，即便投入使用两年后仍令全体员工为之赞叹。关键因素在于，它确实能够在单一装夹状态下加工所有陶瓷材料——包括各类硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷，以及Doceram公司自主研发的Cerazur和EvoCera材料。其中EvoCera材料是一种耐用的陶瓷，根据Stefan Veltum的说法，这是其他任何陶瓷都无法实现的。

图2  在Kern Micro HD五轴加工中心上生产这款带有48个M4螺纹孔的硬质陶瓷测试件时，Doceram的专家们对极低的刀具磨损印象深刻。即便经过两个测试模块的加工后，刀具依然保持锋利

对于非氧化物陶瓷组（例如氮化硅）的可靠加工，对Doceram公司的陶瓷专家们也不再是问题。Stefan Veltum解释道：“这种材料极其坚硬、重量极轻，同时具备耐温变性和防粘着特性，但由于性能卓越，价格昂贵且加工难度极高。得益于Kern Micro HD五轴加工中心，我们现在能以稳定的工艺切削该材料。”

如今进行批量生产所需的调试部件数量较以往大幅减少。这是因为在精度和表面质量方面，设备能更快达到客户要求的成果。即便是高达4位数的大批量生产，工艺稳定性也能始终保持如一。当被问及生产质量数据时，Vanessa Förster解释道，在其市场领域中，精度要求很少，甚至低于0.01 mm。有了这台设备，我们拥有了充裕的缓冲空间。”

在表面质量方面，情况则截然不同。“为确保最佳的滑动性能或密封性，表面光洁度几乎永远不够高。Kern Micro HD加工中心和韧性切削，我们在铣削过程中能稳定达到Ra 0.05 μm的表面粗糙度。这在过去只能通过额外的研磨、抛光或珩磨工艺才能实现。”

图3  Kern Micro HD五轴加工中心被安置在陶瓷专家Doceram公司的核心区域，受到良好保护。该设备能够稳定加工硬度较高的陶瓷部件，在夹持状态下即可满足严苛的表面精度要求

Doceram公司生产实际应用中的陶瓷产品种类繁多。例如，用于汽车工业的中心定位销、对位销及其他高精度工装夹具。其中氮化硅材质的MIG/MAG焊接喷嘴是个例外。与价格更低的铜制喷嘴相比，陶瓷喷嘴使用寿命显著延长，更换频率大幅降低。由于主要应用于大型自动化焊接设备，陶瓷版本能在最短时间内实现成本回收。

使用Kern Micro HD加工中心制造这种焊接喷嘴与加工带48个M4螺纹孔的测试件同样顺利。值得注意的是：该加工过程中刀具磨损极微。“即便完成两个测试模块的加工后，刀具依然保持锋利。”Stefan Veltum表示。

这位技术总监不仅为这台“女王”设备持续稳定的工艺质量感到欣喜。这台设备还对具有磨蚀性的陶瓷渣表现出极佳的防护性能。Kern销售总监Verena Lindner对此表示：“得益于独特的微间隙静压技术，我们的导轨系统基本不受污染物影响。此外，我们还加装了防护罩，杜绝任何污染可能。”为验证这一点，Kern对一台经过近两年陶瓷加工的测试机导轨液压油进行了检测。结果显示零污染。