Schneiden von Kohlefaser auf einer CNC: Tipps, Sicherheit und Bitauswahl

Kohlefaser ist eines der beeindruckendsten Materialien, die man bearbeiten kann - stark, leicht und elegant. Aber es ist auch eines der schwierigsten. Jeder, der schon einmal versucht hat, es mit einer CNC-Fräse zu bearbeiten, weiß, dass es sich durch die Bits fressen, an den Kanten ausfransen und die Werkstatt mit gefährlichem Staub füllen kann, wenn man nicht vorsichtig ist.

Die gute Nachricht: Mit der richtigen Einrichtung, Schutzausrüstung und Amana Tool® Verbundwerkstoff-Fräsern können Sie saubere Kanten und professionelle Ergebnisse erzielen und gleichzeitig Ihre Ausrüstung - und Ihre Lungen - schützen.

Was ist Carbonfaser?

Kohlefaser ist kein fester Klumpen aus Kohlenstoff. Es handelt sich um einen Verbundwerkstoff, der durch das Verweben dünner Kohlenstoffstränge und deren Einbettung in ein Harz, in der Regel Epoxid, hergestellt wird. Nach dem Aushärten entsteht eine starre Platte, die sowohl unglaublich leicht als auch extrem stabil ist.

Da es sich um einen Verbundwerkstoff handelt, ist das Schneiden von Kohlefasern eher mit der gleichzeitigen Bearbeitung von Stoffschichten und gehärtetem Klebstoff vergleichbar. Das Harz kann bei Überhitzung schmelzen oder abplatzen, während die Fasern ausfransen oder delaminieren können, wenn sie falsch geschnitten werden.

• Sehr hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Ausgezeichnete Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit
• Hitze- und Chemikalienbeständigkeit
• Elektrisch leitfähig

Amana® Vollhartmetall-Schaftfräser-Spitze mit Diamantmuster, Verbundwerkstoff-Fräsbohrer

Wo Carbonfaser verwendet wird

Carbonfasern kommen überall dort zum Einsatz, wo Stärke und geringes Gewicht eine Rolle spielen:

• Automobil- und Motorsport: Karosserieteile, Halterungen, Armaturenbretter
• Luft- und Raumfahrt & UAVs: Drohnenrahmen, Innenkomponenten
• Marine: Propeller, Rumpfverstärkungen
• Sportgeräte: Fahrräder, Paddel, Schläger
• Industrielle und medizinische Geräte
• Sonderanfertigungen und Maker-Projekte

Da CNC-Fräsen immer leistungsfähiger werden, fangen auch kleine Werkstätten an, Kohlefaserplatten für kundenspezifische Teile, Prototypen und künstlerische Konstruktionen zu verarbeiten.

Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von Kohlefaser

Kohlefaser ist bekanntermaßen sehr abrasiv. Sie zermürben Standard-Hartmetallbohrer in alarmierendem Tempo und erzeugen raue Kanten und Staub in der Luft, der nicht nur unangenehm, sondern auch leitfähig und gefährlich ist.

Zu den wichtigsten Themen gehören:

• Abrasivität: Stumpft Standard-Schneidwerkzeuge schnell ab
• Delamination: Schichten können sich ablösen oder ausfransen, wenn die Vorschubgeschwindigkeit oder die Bitgeometrie falsch ist
• Wärmestau: Kann Harz verbrennen oder schwächen
• Gefahren durch Staub: Feine leitfähige Kohlenstoffpartikel können Elektronik und Lunge schädigen

Aus diesem Grund erfordert die Bearbeitung von Kohlenstofffasern spezielle Verbundwerkstoff-Fräser und strenge Sicherheitsvorkehrungen. Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK) erfordern ein hoch abriebfestes Hartmetallsubstrat, großzügige Riffelungen und eine Aufprallzone, die nicht nur die harten Kohlenstofffasern "zertrümmert", sondern auch die Hitze niedrig hält. 

Sicherheit geht vor

Vergewissern Sie sich vor dem Schneiden von Kohlefasern, dass Ihre Werkstatt so eingerichtet ist, dass Sie und Ihre Ausrüstung geschützt sind.

1. Staubabsaugung

Verwenden Sie ein vollständiges Staubsammelsystem oder einen Staubsaugerschuh direkt an der Schneidstelle. Kohlenstoffstaub verbreitet sich leicht und kann die CNC-Elektronik kurzschließen, wenn er sich im Inneren der Maschine absetzt.

2. Schutz der Atemwege

Eine P100-Atemschutzmaske ist unerlässlich. Normale Staubmasken können die beim Schneiden freigesetzten ultrafeinen Partikel nicht aufhalten.

3. Schutz der Augen und der Haut

Tragen Sie eine dichte Schutzbrille und Handschuhe. Die Fasern können Haut und Augen reizen, wenn sie in die Luft gelangen.

4. Maschinensicherheit

Sorgen Sie dafür, dass Ihre CNC geerdet ist, und vermeiden Sie offene elektronische Geräte in der Nähe des Arbeitsbereichs. Einige Zerspaner verwenden ein leichtes Sprühnebelsystem oder "Nassschneiden", um Staub zu binden und das Material kühl zu halten.

Industrielle Vollhartmetallfräser mit 10 Schneiden für kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK)

Die Auswahl der richtigen Router-Bits

Amana Tools®'s Carbon Graphite und Carbon Fiber schneidende Vollhartmetallfräser wurden entwickelt, um ein minimales Versagen in Verbundwerkstoffen zu erzeugen, wie z.B. ein Ablösen der Schichten und einen signifikanten Verlust der mechanischen Zähigkeit. Die Serie zum Schneiden von Verbundwerkstoffen ist speziell für Materialien wie Kohlefaser, Glasfaser und G10 konzipiert.

Amana Tool Verbundwerkstoff- und Kohlefaser-Router-Bits

Zu den beliebten Optionen gehören Vollhartmetall-Bohrer mit Diamantmuster und auswechselbare Messereinsätze. Diese Werkzeuge sind so konstruiert, dass sie Fasern sauber schneiden, hitzebeständig sind und die Schneide länger halten als herkömmliche Bits.

Welchen Bit-Typ sollten Sie verwenden?

• Abwärts geschnittene Bits: Am besten geeignet für dünne Kohlefaserplatten oder wenn die Oberflächenbeschaffenheit der Oberseite kritisch ist. Sie drücken die Fasern nach unten und reduzieren das Ausfransen der oberen Kante.
• Hochgeschnittene Bits: Bieten eine bessere Spanabfuhr, können aber die obere Schicht ausfransen - ideal für tiefere Schnitte oder wenn die obere Schicht später nachgeschnitten wird.
• Kompressionsbohrer: Kombinieren Aufwärts- und Abwärtsschneiden, um eine saubere Kante auf beiden Seiten zu erhalten - ideal für Durchschnitte.
• Wendeplatten-Bits: Für Produktionsbetriebe bieten Wendeschneidplatten mit austauschbaren Hartmetallmessern lange Lebensdauer und Kosteneffizienz.

Vollhartmetall Spektra™ Extreme Tool Life Coated Spiral Carbon Graphite and Carbon Fiber Panel Cutting Router Bits

Schneidetipps für saubere Ergebnisse

1. Verwenden Sie scharfe, speziell angefertigte Bits. Selbst Verbundwerkstoff-Bohrer werden bei Kohlefaser schneller stumpf - überprüfen und ersetzen Sie sie regelmäßig.
2. Hohe Spindeldrehzahl, mäßige Vorschubgeschwindigkeit. Etwa 18.000-20.000 U/min mit einer konservativen Spänelast sind ein guter Ausgangspunkt; passen Sie sie an Ihre Maschine und Ihr Material an.
3. Machen Sie flache Übergänge. Mehrere leichte Übergänge verringern die Belastung des Laminats und helfen, Delamination zu verhindern.
4. Sichern Sie das Werkstück. Am besten eignen sich Vakuumtische; jede Bewegung oder Vibration ruiniert die Oberfläche.
5. Vermeiden Sie herkömmliche Schaftfräser. Standard-Hartmetallfräser werden schnell stumpf, erhitzen sich und zerkleinern Fasern.
6. Testen Sie zuerst auf Schrott. Kleine Probeschnitte helfen bei der Einstellung von Geschwindigkeit und Tiefe, bevor Sie das endgültige Teil bearbeiten.

Beispiel-Setup

Maschine: Mittelgroße CNC-Fräse mit starrer Spindel
Material: 2 mm Faserplatte
Fräser: Abgeschnittener Verbundwerkstoff-Fräser (z. B. Amana Tool 464110)
Spindeldrehzahl: ~19.000 U/min
Vorschubgeschwindigkeit: ~1.200 mm/min
Durchgangstiefe: ~0,5 mm

Ergebnis: glatte Kanten, minimale Fussel, kein Verbrennen von Harz. Nach dem Schneiden kann die Kante mit einer feinen Körnung oder einer Diamantfeile von Hand geschliffen werden, so dass sie für die Verklebung oder Klarlackierung bereit ist.

Fertigstellung und Reinigung

Nach der Bearbeitung:

• Wischen Sie die Oberfläche mit Isopropylalkohol ab, um Staub und Verunreinigungen zu entfernen.
• Schleifen Sie die Kanten bei Bedarf leicht an, vermeiden Sie jedoch eine Überhitzung des Materials.
• Entsorgen Sie den Kohlestaub sicher - kehren Sie ihn niemals ins Freie oder verwenden Sie Druckluft zur Reinigung.

Schlussfolgerung

Das Schneiden von Kohlefaser auf einer CNC-Maschine kann einschüchternd wirken, aber mit den richtigen Amana Tool Verbundwerkstoff-Schneidköpfen, einer angemessenen Staubkontrolle und abgestimmten Schneidparametern erhalten Sie Ergebnisse in professioneller Qualität, die ebenso gut aussehen wie sie funktionieren.

Diese Bits wurden speziell für die besonderen Herausforderungen von Kohlefaser entwickelt - sie bleiben länger scharf, schneiden sauberer und sorgen für mehr Sicherheit in Ihrer Werkstatt.

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