CFK und Mengenleistung in der Fertigung

CFK (Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff)

• Schwingbelastungen limitieren die Nutzung der vollen Zug- oder Druckfestigkeit.
• Hauptverbundwerkstoffe: Glasfaser-(GFK), Kohlenstofffaser-(CFK) und aramidfaserverstärkte Kunststoffe (AFK).
• Fasern bilden die tragenden Elemente, während die Matrix (Kunststoff) die Fasern fixiert und Schubkräfte überträgt.
• Einsatz von Kohlenfaserverbundwerkstoffen ermöglicht Gewichtsreduktionen bis zu 25%.
• Kosten für neue Materialien müssen wirtschaftlich vertretbar sein.

Mengenleistung (Flexibilität und Automatisierungsgrad)

• Flexibilität bedeutet, eine Vielzahl an unterschiedlichen Bauteilen herstellen zu können.
• Automatisierungsgrad beschreibt den Anteil manueller Tätigkeiten; reicht von 0% (ständige Anwesenheit notwendig) bis 100% (vollautomatische Fertigung).
• Hohe Flexibilität führt häufig zu Rapid Manufacturing, wo keine Werkzeugherstellung erforderlich ist.
• Besondere Eignung für Einzelfertigungen oder Kleinserien, schnelle Herstellung von Vorserienteilen möglich.

Potenziale und Anforderungen an die Verfahren

• Vorteile: Werkzeuglosigkeit, reduzierte Time-to-Market, geringere Entwicklungszeit und -kosten durch schnelle Realisierung.
• Just-in-Time Produktion vermeidet Lagerhaltung und ermöglicht geometrisch komplexe Teile.
• Geometrieänderungen durch Datenänderungen jederzeit möglich.
• Nachteile: langsame Bearbeitungsgeschwindigkeit und längere Fertigungszeiten.
• Besondere Potenziale: schnelle Ersatzteilfertigung und Herstellung nicht mit konventionellen Verfahren produzierbarer Bauteile.
• Anforderungen an Eigenschaften sollten mit konventionellen Werkstoffen vergleichbar sein.
• Mangel an Standards und Normen für additive Fertigung bleibt problematisch.

Umsetzung, Anwendungsgebiete und Beispiele

• Anwendung findet sich besonders in der Medizin durch Einzelfertigung.
• Wegfall von Lagerhaltung ermöglicht ortsunabhängige Produktion.

Einführung in die Fertigungstechnik

• Fertigungstechnik befasst sich mit Formgebung und Veränderung der Eigenschaften von Bauteilen, beschrieben in DIN 8580.
• Hauptgruppen: Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Änderungen der Stoffeigenschaften.
• Fertigungsverfahren orientieren sich an der Festigkeit der Werkstoffe.

Werkstoffe

• Stahl ist der meistverwendete Konstruktionswerkstoff, gefolgt von Leichtmetallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen.
• Werkstoffwahl berücksichtigt Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit, Verfügbarkeit und Kosten.
• Leichtbau fördert Gewichtseinsparungen und senkt Betriebskosten, häufig verwendete Materialien sind Aluminium, Titan und faserverstärkte Kunststoffe.
• Verbundwerkstoffe kombinieren vorteilhafte Eigenschaften, CFK bietet hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit.

Anforderungen an Werkstoffe

• Stahl wird aufgrund seiner Eignung, Preis und universeller Anpassung oft im Maschinenbau eingesetzt.
• Faserverbundwerkstoffe finden zunehmend Verwendung im Automobil- und Fahrzeugbau.