Legio factoren bepalen verspaanbaarheid composiet

Iedereen die wel eens composiet heeft verspaand, is er ongetwijfeld achter gekomen dat het materiaal zich niet zo heel gemakkelijk laat bewerken. Er zijn ontzettend veel factoren die invloed hebben op het proces, zoals het type composiet, de soort vezels en de richting van de vezels. Daarnaast wordt composiet vaak gebruikt in sandwich panelen met verschillende laagdiktes, structuren en materialen die het verspanen nog complexer maken. Hierdoor is het bewerkingsproces van composiet vaak kritischer dan dat van metaal en is de keus voor het type gereedschap belangrijker dan ooit.

Het gebruik van composiet heeft een enorme sprong gemaakt en zal ook in de toekomst vaker de voorkeur genieten ten opzichte van metaal. Vooral bij producten die op snelheid gebracht moeten worden is lichtgewicht construeren een thema en juist daar wordt steeds vaker naar composiet gegrepen. Denk aan de luchtvaart-, automotive, scheepsbouw en andere mobiliteitsindustrieën. Echter kiest men niet alleen voor composiet om gewicht te besparen, weet ook Joop Lahm van CNC Freestechniek in Apeldoorn. Volgens Lahm zijn duurzaamheid en extra functionaliteiten in het materiaal belangrijke drijfveren voor composiet: “Op het gebied van duurzaamheid is composiet een interessant materiaal. In de luchtvaartindustrie is bewezen dat composiet in sandwichvorm een veel langere levensduur heeft dan aluminium, omdat aluminium eerder de gevolgen van materiaalmoeheid ondervindt. Naast dat composiet langer mee gaat is het ook gemakkelijker te recyclen en is de CO2-uitstoot lager dan bij de recycling van aluminium. Dit

Sonic Shark van Hufschmied maakt gebruik van akoestische sensoren om op basis van geluid te bepalen hoe het bewerkingsproces verloopt.

Joop (l) en Allard Lahm van CNC Freestechniek: “Om composiet succesvol te verspanen moeten de eigenschappen van het werkstuk in kaart worden gebracht om tot de juiste gereedschappen en bewerkingsstrategieën te komen.”

geldt overigens alleen voor thermoplasten. Een thermoset, waar bijvoorbeeld de bladen van windmolens van worden gemaakt, is daarentegen nauwelijks te recyclen. Dat is een belangrijk punt waar de industrie rekening mee moet houden.”

Daarnaast laat Lahm aan de hand van twee voorbeeldstrips zien dat er ook meerdere functionaliteiten in een composiet onderdeel gebracht kunnen worden. “Door de richting van de vezels aan te passen kun je een onderdeel verschillende eigenschappen geven. Bij een vishengel van composiet bijvoorbeeld, zijn de vezels zo neergelegd dat de hengel heel goed kan buigen zonder te breken. Bij een structureel deel van een sportauto zijn de vezels juist zo neergelegd dat het onderdeel zo stijf mogelijk is. De mogelijkheden zijn dus eindeloos en dat maakt het bewerken van composiet een uitdaging.”

Specifieke oplossingen

Het bewerken van composiet is ingewikkeld omdat er zoveel factoren zijn die het proces kunnen beïnvloeden. Om het juiste gereedschap te selecteren is het belangrijk om de eigenschappen van het composiet in kaart te brengen. Ten eerste is de vraag om welk type composiet het gaat. De meest gangbare composietsoorten zijn thermoplasten en thermosets. In de

Oren bij de snijkant

CNC Freestechniek heeft een nieuwe, innovatieve oplossing geïntroduceerd, waarmee op een relatief eenvoudige manier een continue inline-procescontrole kan worden opgezet. Het systeem, dat wordt vermarkt onder de naam Sonic Shark, maakt gebruik van akoestische sensoren in de machine en op het werkstuk om op basis van geluid te bepalen hoe het proces verloopt. Sonic Shark is ontwikkeld door het Duitse Hufschmied en heeft als doel om de oren van de operator te vervangen. Ervaren operators kennen exact de trillingen en geluiden die horen bij het productieproces en kunnen op basis daarvan redelijk inschatten wanneer een gereedschap moet worden vervangen. Er is hier echter een grijs gebied met als gevolg dat het gereedschap vaak of te vroeg of te laat wordt vervangen. En zeker bij onervaren operators of bij een onbemande productie kan het leiden tot gebroken gereedschappen, ongewenste stilstandtijd en afkeur. De oplossing van Hufschmied meet exact wat er gebeurt tijdens het frezen, hoe de spil- en asbelastingen zich ontwikkelen en wanneer een gereedschap op het punt staat te breken. Met behulp van een nulmeting wordt een zogenaamde Digital Twin gemaakt. Zodra de data uit de sensoren te ver afwijkt van de nulmeting, bijvoorbeeld wanneer een gereedschap is versleten, kan er precies op het juiste moment actie ondernomen worden. Hierdoor wordt afkeur en machinestilstand voorkomen, worden gereedschappen optimaal benut en kan er aanzienlijk worden bespaard op de kwaliteitskosten. CNC Freestechniek heeft Sonic Shark aangemeld voor de TechniShow Innovation Awards. In de TechniShow editie van VerspaningsNieuws leest u meer over deze innovatie.

bewerkbaarheid van beide soorten zit al een groot verschil. Zo is een thermoplast temperatuurgevoelig en kan het materiaal smelten wanneer het te heet wordt. Het gevolg is dat de frees vol loopt of bramen trekt. Dat betekent dat er gekozen moet worden voor een frees met grotere spaankamers en minder snijkanten. Een thermoset daarentegen is veel minder gevoelig voor temperatuur, waardoor een frees met meer snijkanten en kleinere spaankamers gebruikt kan worden voor een hoger verspanend volume. “De industrie vindt het heel normaal dat er voor verschillende metalen een aparte frees gebruikt wordt. Bij composiet gaat men er al snel van uit dat één type frees genoeg is voor het bewerken van alle composieten. Daar gaat het vaak fout. Een algemene frees is er namelijk niet. Elk werkstuk vergt een grondige analyse van het materiaal, gevolgd door een productspecifieke bewerkingsstrategie met bijpassende gereedschappen”, aldus Lahm.

Vezels, laagdiktes en sandwichpanelen

Het verspanen van composiet gaat verder dan alleen bepalen om welk type composiet het gaat. Nog belangrijker is om rekening te houden met het materiaal van de vezels, de hoeveelheid vezels in het werkstuk en in welke richting ze liggen. Veel gebruikte vezelmaterialen zijn glas, koolstof of carbon en polypropyleen. Deze materialen gedragen zich verschillend en hebben een grote invloed op de standtijd en productiviteit van het gereedschap. Allard Lahm, verkoper bij CNC Freestechniek vertelt: “Het perfecte gereedschap voor het bewerken van composiet is sterk afhankelijk van de samenstelling van het composiet. Dat wordt nog spannender als we over sandwichpanelen praten, waarbij er een combinatie is van verschillende materiaallagen, zoals composiet, metaal en schuim. Vaak bestaat het geheel uit verschillende laagdiktes en wordt er in de kern gebruik gemaakt van honinggraadstructuren. Elk van die materialen vraagt om compleet verschillende procesparameters, waardoor het bewerken van dit soort sandwichpanelen alleen met speciaal afgestemde gereedschappen efficiënt uitgevoerd kan worden. Om tot het juiste gereedschap voor een specifieke klus te komen, is het dus essentieel om het composieten werkstuk volledig in kaart te brengen. Omdat dit om een specifiek stukje kennis vraagt, ondersteunt CNC Freestechniek bij de zoektocht naar het juiste gereedschap en de beste procesparameters.”