Jannis Langer, M.Sc.

Die Herstellung metallischer Bauteile ist seit jeher ein besonders ressourcenintensiver Prozess. In der Vergangenheit wurden die Optimierungspotentiale der Fertigungsprozesse bereits häufig untersucht und insbesondere hinsichtlich Ihres Energieeinsparpotentials weiterentwickelt (VDI ZRE 2013). Die Realisierung der Ressourceneffizienz durch den Einsatz innovativer Fertigungsverfahren zur Herstellung von Produkten mit optimierten Eigenschafften bietet in diesem Kontext eine neue, bisher nicht betrachtete Sichtweise, mit der nicht nur die Energie, sondern auch der Ressourceneinsatz und der ökologische Fußabdruck eines Produktes reduziert werden kann. Durch den Einsatz innovativer Fertigungsprozesse zur Optimierung der Randschicht lassen sich Bauteileigenschaften, wie die Wechselfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die tribologischen Eigenschaften, optimieren. Das Resultat ist eine Erhöhung der Lebensdauer des Bauteils. Gleichzeitig können die optimierten Bauteileigenschaften auch dazu genutzt werden, die Bauteile bei gleicher Leistungsfähigkeit kleiner auszulegen. Hieraus resultieren nicht nur signifikante Gewichtseinsparungen sondern auch umfangreiche neue konstruktive Möglichkeiten in der Produktentwicklung. Da nicht alle erzielbaren Bauteiloptimierungen unmittelbar auf andere Bauteile und Materialien übertragbar sind, wird die spezifische Expertise der fertigungstechnischen Forschungseinrichtungen Baden-Württembergs in diesem Bereich in Zukunft von steigender Bedeutung sein. Eine weitere Effizienzsteigerung wird durch innovative Kombinationsprozesse zur Verkürzung der Prozessketten und Reduzierung des Roh- und Hilfsstoffbedarfs in der Fertigung erreicht. Diese Prozesse zeichnen sich dadurch aus, dass mehrere Schritte einer Prozesskette in einem Prozessschritt vereint werden. Nur durch die kombinierte Betrachtung optimierter Bauteile und innovativer Fertigungsprozesse lässt sich das volle Potential dieser neuen Technologien erfahren. Entgegen der üblichen Annahme, dass sich Ökologie und Ökonomie gegenseitig ausschließen, zeigen die aktuellen Entwicklungen in der Fertigungstechnik das Gegenteil. Die Wirtschaftlichkeit in der industriellen Produktion und die Reduzierung des Ressourceneinsatzes sowie die Vermeidung von Produktionsabfällen lässt sich, wie dieser Leitfaden zeigen soll, durchaus kombinieren und zu einer Win-Win-Situation hinsichtlich Ökologie und Ökonomie entwickeln. Der Weg um dieses Ressourceneffizienzpotential zu nutzen hat einen Namen: Surface Engineering.

Today, milling is the most frequently used process for contour machining and trimming operations of fiber-reinforced polymers (FRP) on an industrial scale. Disadvantages of this process are dust generation as well as machining-related damage such as delamination. An alternative technology for the processing of FRP, with the potential of overcoming these disadvantages, is a punching process with feed called nibbling. This hand-guided process, known from sheet metal processing, has so far only marginally been mentioned for the processing of FRP materials. The aim of this study is to investigate the correlation of workpiece material and process parameters like feed rate with feed forces, tool wear, machining induced damage as well as workpiece cutting edge quality. In order to achieve these objectives, a hand-held nibbling tool was integrated into a machining center to ensure automated and reproducible machining of FRP. Slot nibbling tests were carried out on glass (GFRP) and carbon (CFRP) fiber-reinforced sheet molding compounds (SMC). Force measurements serve as characteristic values to assess the fundamental mechanisms. The evaluation of the workpiece quality as well as surface damage such as delamination, matrix spalling and fiber fraying are carried out by the use of microscopic imaging. The results show fundamental characteristics of nibbling FRP. The work provides a basis for highly productive, automated nibbling of FRP.