14/08/2019
Door Ad Spijkers
Samen met partners uit de industrie hebben onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart een bewerkingsmachine ontwikkeld voor met koolstofvezels versterkte kunststoffen (CFK).
Vrachtwagens, bussen, personenauto's, fietsen en scooters zullen steeds meer elektrisch worden aangedreven. Daarbij geldt: hoe lichter het voertuig, des te langer groter de actieradius. Voor de carrosserie zullen daarom steeds meer onderdelen uit CFK's worden gemaakt. Ze zijn net zo stabiel, maar tot acht keer lichter dan staal en drie keer lichter dan aluminium. Daar staat tegenover dat de productie- en bewerkingskosten van onderdelen uit met koolstofvezel versterkte kunststoffen hoog zijn.
Veel werkzaamheden aan CFK-onderdelen worden met de hand uitgevoerd. Arbeiders nemen net gefreesde onderdelen uit de machine, verwijderen uitstekende vezels en reinigen ze voor de erop volgende afdichting van de randen. Dat is geen betrouwbaar en reproduceerbaar proces, aangezien medewerkers één en dezelfde kant subjectief dus verschillend evalueren. Daarbij komt dat het fijne CFK-stof dat bij het frezen vrijkomt schadelijk is voor de gezondheid. Ook zijn deze deeltjes schurend en ze versnellen de slijtage van bepaalde machineonderdelen waarop ze zich vastzetten.
Productie tot 50% economischer
De productie van CFK-werkstukken zou zo'n 50% economischer worden als er een machine zou zijn, die de lichte onderdelen niet alleen bewerkt maar ook automatisch meet en afdicht. Onderzoekers van Fraunhofer IPA, Homag Holzbearbeitungssysteme en andere partners uit de industrie hebben gezamenlijk zo'n machine ontwikkeld.
Als een medewerker een CKF-onderdeel met een bijna gereed contour in de machine invoert, freest deze het onderdeel eerst nauwkeurig en zorgt aldus voor de gewenste vorm. Een schuurborstel verwijderd vervolgens alle uitstekende vezels. Luchtpistolen blazen het fijne CFK-stof in een afzuiginstallatie. Deze filtert het stof uit de luchtstroom voordat het de lucht weer uitstoot naar de omgeving. Hiermee wordt vroegtijdige slijtage van de machine ondervangen.
Met een projectie door strooilicht tast een sensor het CFK-werkstuk af. Aldus ontstaat een puntenwolk, waarin speciale algoritmes eventuele afwijkingen van de ideale contour opsporen. Als de afwijkingen zich binnen de toleranties bevinden, dicht de bewerkingsmachine vervolgens de kanen af met een vloeibare lak. Deze wordt vervolgens aangelicht met ultraviolet licht en direct uitgehard, waarna het onderdeel gereed is.
Modulair machineconcept
De ontwikkelaars hebben een modulair, volledig geïntegreerd machineconcept ontwikkeld. De afzonderlijke processtappen kunnen dus in willekeurige volgorde worden doorlopen, kunnen met andere bewerkingen worden gecombineerd en worden aangepast aan andere geometrieën van het onderdeel.
De bewerkingsmachines staat als bedrijfsklaar demonstratiemodel opgesteld in een hal op het terrein van Fraunhofer IPA. Ze is echter niet alleen voor CFK te gebruiken. De machine zou net zo goed hout, aluminium of metalen onderdelen kunnen frezen, nabewerken en lakken. De onderzoekers en hun projectpartners passen de bewerkingsmachine graag aan aan de behoeften van geïnteresseerde gebruikers.
Foto's: Fraunhofer IPA/Rainer Bez