MAI Span

Faserverbundwerkstoffe ressourceneffizient in die Serie bringen

Faserverbundwerkstoffe sind aufgrund ihrer Eigenschaften ein zentraler Baustein für die zukünftige Bereitstellung von nachhaltigen Leichtbauprodukten. Die heutigen Fertigungsverfahren können die zur Großserienfähigkeit notwendigen Anforderungen bezüglich Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und erforderlichen Taktzeiten nur teilweise erfüllen. Die Endbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen ist dabei ein nötiger Teilschritt, bei dem es zum einen an einem optimierten Arbeitsablauf zur qualitativ hochwertigen und gleichzeitig wirtschaftlichen Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen mangelt und zum anderen die Standzeiten der derzeit verfügbaren Werkzeuge unzureichend sind.
Im beantragten Vorhaben MAI Span wird das Verbesserungspotenzial der Trocken- und Nasszerspanung für die ressourceneffiziente Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen analysiert und bewertet. Da CFK-Bauteile hinsichtlich Randbeschnitt, Fügestellen und Ausschnitten zumeist spanend bearbeitet werden, soll eine Anforderungsanalyse für diese Verfahrensalternativen erstellt werden. Die Idee bei der Trockenbearbeitung ist eine Steigerung der Späneerfassung sowohl für die rechnergesteuerte CNC- und Roboterzerspanung als auch die Bearbeitung mittels Handgeräten. Durch die Entwicklung eines hybriden Leichtbau-Spannfutters mit integrierten Absaugkanälen sollen neben der Verringerung der Staubbelastung die Bearbeitungsqualität und die Prozesssicherheit gesteigert werden. Die Nasszerspanung gilt weiterhin als vielversprechender Ansatz zur Steigerung der Werkzeugstandzeiten und der Produktivität. Unter Einsatz von Kühlschmierstoffen werden erstmalig alle Prozesskomponenten systemisch untersucht und auf den Prozess abgestimmt. Ziel des Projektes MAI Span ist die Erstellung von Spezifikationen, auf deren Basis eine fundierte Auswahl der Bearbeitungsverfahren entsprechend der Anforderungen getroffen werden kann.

Abbildung: Verfahrensalternativen – Trocken- und Nasszerspanung von CFK
(Quelle: Fraunhofer IPA / Rainer Bez)

Die verfahrenstechnischen Lösungsansätze in dem Vorhaben MAI Span leisten damit nicht nur einen wertvollen Beitrag zur Erhöhung der Akzeptanz bei der Endbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen, sondern auch zur Energieeinsparung und damit für die zukünftige Bereitstellung von kostengünstigen CFK-Bauteilen. Durch einen geringeren Werkzeugverschleiß und eine erhöhte Bearbeitungsgeschwindigkeit wird eine Kostenreduktion bei der Endbearbeitung von Faserverbundwerkstoffen von 50 % erwartet. Die Arbeiten sind somit ein wesentlicher Bestandteil für die Zielsetzung des BMBF-Spitzenclusters MAI Carbon und dem Aufbau von innovativen CFK-Fertigungstechnologien und -Prozessketten.