Der Stift | Abdellatif Bey-Temsamani, Projektleiter bei Flanders Make

Flexible und kosteneffiziente Verarbeitung von großen Verbundwerkstoffen

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden zunehmend Verbundwerkstoffe eingesetzt. Mit diesem Wandel müssen auch die Fertigungsverfahren angepasst werden. Keine Selbstverständlichkeit, denn die derzeitigen Bearbeitungsprozesse sind nicht flexibel und effizient genug. Es sind umfangreiche, maßgeschneiderte und folglich teure Spannsysteme erforderlich, um ein Absplittern und Delaminieren des Verbundstoffs zu verhindern. Mit dem Trend zu kleineren Stückzahlen und kundenspezifischer Massenfertigung werden die Unzulänglichkeiten dieser Lösungen noch vergrößert.

Aus diesem Grund haben das Forschungszentrum Flanders Make und seine Partner einige innovative Technologien entwickelt, um die Bearbeitung von großen Teilen aus Verbundwerkstoffen flexibler und kostengünstiger zu gestalten. Ein erster Schritt in die richtige Richtung ist das vibrationsunterstützte Bohren und Bearbeiten. Das bedeutet qualitatives Bohren und Bearbeiten von Verbundwerkstoffen mit anpassbaren automatischen Bohreinheiten, die Kraft und Vibration kontrollieren. Diese Technologie wirkt sich positiv auf die Standzeit der Werkzeuge und die Geschwindigkeit der Bearbeitung aus.

Eine zweite Möglichkeit ist die innovative kryogene Kühltechnik. Sie nutzt eine Unter-Null-Kühlung, um die hohen Bearbeitungstemperaturen der Verbundwerkstoffe zu kompensieren. Dadurch wird auch die Lebensdauer der verwendeten Werkzeuge verlängert und die Qualität der bearbeiteten Teile verbessert. Darüber hinaus haben Flanders Make und seine Partner die Beschichtungen und Geometrien der Schneidwerkzeuge erforscht und optimiert. Auf diese Weise können diese Werkzeuge länger verwendet und die Kosten für die Bearbeitung gesenkt werden.

Bei der Bearbeitung großer Verbundplatten ist es wichtig, die Platten zu stabilisieren, um die bestmögliche Qualität zu erreichen. Je größer die Platten sind, desto mehr biegen sie sich durch, vibrieren oder federn zurück. Maßgeschneiderte Beschläge oder modulare Saugsysteme können hier Abhilfe schaffen, sind aber sehr teuer und schwierig zu konfigurieren. Das 'Smart Clamp System' von Flanders Make bietet hier Abhilfe. Diese Technik stützt die Platte lokal mit einigen Kolben auf der Schnittseite. Dies macht maßgeschneiderte Beschläge zur Unterstützung der Unterseite überflüssig. Die Smart Clamp bietet Unterstützung in Abhängigkeit von den Bearbeitungsstellen, was zu hoher Präzision und stark reduzierten Durchbiegungen (und folglich weniger Absplitterungen und Delaminationen) führt.

Der größte Vorteil ist die Tatsache, dass die Smart Clamp in bestehende CNC-Maschinen eingebaut werden kann, so dass keine Änderungen an der Infrastruktur der Bearbeitungszentren vorgenommen werden müssen. Dies gilt nicht nur für die Hardware, sondern auch für die Software. Das Modul ist so konzipiert, dass es ohne Kommunikation mit der Software der CNC-Maschine oder der Produktionsplanung funktioniert. Es erkennt, wenn sich die CNC-Maschine einem Werkstück nähert, spannt dann, schätzt die Vorschubgeschwindigkeit und bestimmt, wie viel Kraft aufgewendet werden muss, um die Prozesskräfte zu kompensieren. Schließlich erkennt es, wann die Spannvorrichtung gelöst werden muss.

Die verschiedenen Techniken ermöglichen eine längere Standzeit der Werkzeuge, was die Produktionskosten erheblich senken kann. Es wird auch weniger Zeit benötigt, um qualitativ hochwertige Verbundwerkstoffe zu liefern. Außerdem sind die gelieferten Werkstücke von höherer Qualität. Neben großen Bauteilen für die Luft- und Raumfahrtindustrie können die innovativen Lösungen auch für eine breite Palette von Operationen und Anwendungen eingesetzt werden.