Herstellung und Verarbeitung von Kohlefaserteilen

2025-09-09 09:57:41

Kohlefaserverbundstoffe mit ihrem außergewöhnlichen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ihrer Designfreiheit verändern die Fertigungslandschaft moderner Industriekomponenten neu. Dieser Artikel befasst sich mit den sechs wichtigsten Herstellungsschritten von Kohlefaserkomponenten und enthüllt die Geheimnisse der Herstellung hochwertiger Verbundprodukte.

1. Prepreg-Schneiden: Präzision beginnt

Die Herstellung von Kohlefaserkomponenten beginnt typischerweise mit Prepreg. Prepregs werden in zwei Typen unterteilt: Duroplast und Thermoplast. Duroplastische Prepregs müssen bei niedrigen Temperaturen gelagert werden und müssen vor der Verwendung aus der Kühllagerung genommen und gekühlt werden. Thermoplastische Prepregs hingegen können direkt eingesetzt werden. Von den beiden Arten von Kohlenstofffasern wird Duroplast am häufigsten verwendet. Dieser Artikel konzentriert sich auf duroplastische Kohlefaserprodukte. Basierend auf den Konstruktionszeichnungen werden diese Prepregs mit einem Schneidsystem zugeschnitten, um die gewünschte Form und Größe mit Toleranzen von ±0,1 mm präzise anzupassen. Dadurch wird die Konturgenauigkeit komplexer Bauteile sichergestellt und für die Weiterverarbeitung vorbereitet.

2. Layup-Design: Schicht für Schicht sorgfältig ausgearbeitet

Jede Komponente verfügt über einen eigenen Werkzeugaufbau, der bestimmt, wie das Prepreg ausgelegt wird. Das Layup-Design ist von entscheidender Bedeutung, da es sich direkt auf die Leistung des Endprodukts auswirkt. Basierend auf den tatsächlichen Leistungsanforderungen des Produkts verwenden Ingenieure die Finite-Elemente-Analyse, um den Layup-Plan zurückzuentwickeln und die Ausrichtung und Anzahl der Schichten zu bestimmen, um strukturelle Festigkeit und Stabilität sicherzustellen. Dieser Prozess ist zeitaufwändig, aber jedes Detail muss streng kontrolliert werden, um die hohe Qualität des Endprodukts sicherzustellen. In wichtigen tragenden Bereichen wird die Gradient-Layup-Technologie eingesetzt, wodurch die lokale Schichtanzahl über 80 erreicht und die strukturelle Tragfähigkeit deutlich verbessert wird.

3. Formprozess: Die perfekte Form schaffen

Das Formen ist ein wichtiger Schritt bei der Umwandlung von Prepreg in ein fertiges Bauteil. Zu den gängigen Formverfahren gehören das Hochtemperatur-Formpressen und das Formen im Autoklaven. Die Auswahl hängt von den spezifischen Anforderungen des Bauteils ab, wie beispielsweise der strukturellen Komplexität, den Leistungsstandards und dem Kostenbudget. Das Hochtemperatur-Formpressen eignet sich besser für kleine, komplexe Bauteile, während das Autoklavenformen eher für große, monolithische Bauteile geeignet ist. Durch diese Formprozesse entsteht der erste Bauteilrohling aus Kohlefaser, dies ist jedoch nur der erste Schritt.

4. Präzisionsbearbeitung: Streben nach Exzellenz

Nach dem Formen muss der Rohling weiter bearbeitet werden, um den endgültigen Designanforderungen zu entsprechen. Dieser Schritt umfasst CNC-Schneiden und Bohren, um die Komponentengenauigkeit und Montageanforderungen sicherzustellen. Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften von Kohlefasern erfordert der Bearbeitungsprozess eine sorgfältige Auswahl der Werkzeuge und die Anpassung der Betriebsparameter, um Probleme wie Faserauszug und Matrixtrennung zu vermeiden. So kommen diamantbeschichtete Werkzeuge mit Minimalschmiertechnik zum Einsatz, Spindeldrehzahlen erreichen 20.000 U/min und die Vorschubgeschwindigkeiten sind auf 800 mm/min optimiert. Dadurch wird eine Bearbeitungsgenauigkeit von IT7 und eine Oberflächenrauheit von Ra ≤ 0,8 μm erreicht.

5. Oberflächenbehandlung: Verbesserung von Aussehen und Funktionalität

Nach der Endbearbeitung werden die Kohlefaserteile einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Die meisten von Zhishang New Materials hergestellten Produkte durchlaufen einen dreistufigen Beschichtungsprozess, den wir als dreistufiges Beschichtungssystem bezeichnen. Zunächst werden die Teile gereinigt und das Trennmittel entfernt. Anschließend wird zur Verbesserung der Haftung ein Primer aufgetragen. Es wird eine Mittelschicht aus Farblack oder funktionalen Anforderungen aufgetragen. In diesem Schritt sind beispielsweise leitfähige/verschleißfeste Kohlefaser-Polstückrollen erforderlich. Abschließend wird eine dritte Schicht Decklack aufgetragen, um die Ästhetik des Produkts zu verbessern. Beispielsweise muss die Oberfläche eines Roboterarms aus Kohlefaser eine spiegelähnliche Oberfläche erreichen, die durch die dritte Deckschichtschicht erreicht wird.

6. Qualitätsprüfung: Strenge Qualitätskontrolle

Dieser Schritt beinhaltet eine strenge Qualitätsprüfung der fertigen Produkte. Zu den Methoden gehören industrielle CT-Scans zur Erkennung interner Defekte, dreidimensionale Koordinatenmessungen wichtiger Abmessungen und Ermüdungstests zur Simulation von Betriebsbedingungen zur Überprüfung der Maßhaltigkeit, der Erscheinungsbildqualität und der tatsächlichen Leistung. Nur Muster, die alle Prüfungen bestehen, werden für die Massenproduktion freigegeben. Insbesondere während der Proofphase sind auch Tests vor Ort unerlässlich, um sicherzustellen, dass jede Komponente den Anforderungen des Endbenutzers entspricht.

Da die industrielle Entwicklung immer schneller voranschreitet, entwickeln sich Kohlefaserkomponenten immer stärker zu Integration und Funktionalität. Nur durch die Einrichtung einer kollaborativen Innovationsplattform für Materialien, Prozesse und Geräte und das Erzielen von Durchbrüchen bei Schlüsseltechnologien wie dem einstufigen Formen komplexer Komponenten und der intelligenten Online-Erkennung können wir die Anwendungsvorteile von Industrieteilen aus Kohlefaser besser fördern und der Herstellung von High-End-Geräten neuen Schwung verleihen.