Neue Entwicklungen in der Zerspanungstechnik fokussieren – auch im Hinblick auf eine Ressourcen schonende Fertigung – auf die Optimierung von Kühlstrategien bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe, die Verkürzung von Prozessketten durch Hartbearbeitung oder Einsatz hybrider Technologien, den Einsatz von partikel- oder faserverstärkten Leichtbauwerkstoffen sowie die Bearbeitung dünnwandiger Bauteile.

Die spanende Fertigung ist mit Materialabfall in Form von Spänen und einem hohen Energieeinsatz bei der Kühlschmiermittelnutzung und -aufbereitung verbunden. Der Übergang auf eine Bearbeitung mit Minimalmengenschmierung oder, wenn machbar, auf eine durchgängige Trockenbearbeitung und der Einsatz von Near-Net-Shape-Prozessen in Kombination mit Feinbearbeitungsverfahren sind mögliche Schritte zur Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz.

Im Fokus unserer Forschungsarbeiten steht die Entwicklung und Optimierung innovativer Zerspanungstechnologien und Verkürzung der Prozessketten vor allem für den Werkzeug- und Formenbau sowie für Powertrainkomponenten, Luftfahrtbauteile und Bauteile der Energie- und Medizintechnik. Wesentliche Arbeitsschwerpunkte sind dabei die Durchführung von Fertigungsanalysen und Machbarkeitsstudien, die technologische Spezifikation und Dimensionierung von Fertigungseinrichtungen, die Erprobung von Bearbeitungsstrategien, neuen Werkzeugen und Werkstoffen sowie die Fertigung von Prototypen und Kleinserien.

Die Fraunhofer-Gesellschaft hat die energie- und ressourceneffiziente Herstellung von Bauteilen des Antriebsstrangs (Powertrain) zu einem Zukunftsthema erklärt. Wir fokussieren hier sowohl auf die konstruktive, fertigungsgerechte Veränderung von Bauteilen als auch auf die Untersuchung und Weiterentwicklung von Verfahren, die zur Herstellung tribologisch optimaler Funktionsflächen geeignet sind. Dazu gehören unter anderem das Laserstrukturieren, die elektrochemische Bearbeitung oder das Band- und Steinfinishen. Die Gestaltung und Bewertung der tribologischen Wirksamkeit und Beständigkeit solcher Oberflächen ist in diesem Zusammenhang eine wesentliche Aufgabe.

Ein weiterer Schwerpunkt ist die Prozessgestaltung für die spanende Bearbeitung von Leichtbau- und hochfesten Werkstoffen wie Titan, Inconel und TZM (Titan-Zirkon-Molybdän) sowie Werkstoffverbunden und Verbundwerkstoffen. Hier steht insbesondere die Entwicklung moderner Kühlstrategien im Vordergrund.

Zusätzlich im Prozess eingebrachte Kälte oder Wärme sowie die adaptronisch oder ultraschallgestützte Überlagerung von Werkzeugbewegungen sind Gegenstand der Entwicklung hybrider Prozesse. Diese bieten noch ein deutliches Potenzial zur Verschiebung von bisher angewandten fertigungstechnischen Grenzen.

Die Höchstpräzisionsbearbeitung zielt auf die Entwicklung von Verfahren und Technologien einschließlich der erforderlichen Betriebsmittel zur prozesssicheren Fertigung von Bauteilen und Strukturen mit höchster Präzision und teilweise kleinsten Abmessungen. Das Arbeitsgebiet Mikro- und Oberflächentechnik ergänzt das Portfolio sowohl im Bereich der Bearbeitung von Komponenten des Antriebsstrangs, als auch bei Bauteilen für medizinische und optische Anwendungen. Im Mittelpunkt steht die Auslegung und Anwendung von Technologien wie der elektrochemischen Präzisionsbearbeitung, der Mikro-Funkenerosion, sowie spezieller Verfahren wie zum Beispiel dem Heißprägen von Metallen, Gläsern und Kunststoffen oder der Hochgeschwindigkeitsumformung.

Gemeinsame Basis der Arbeiten zur Entwicklung ressourcen-
effizienter Bearbeitungsprozesse ist die numerische Simulation von Span- und Gratbildung, Werkzeugdesign, Werkzeug- und Werkstückspanntechniken, Schicht-Substrat-Systemen sowie dem Einfluss von Prozesskräften und -temperaturen auf das Bauteilverhalten. Gesamtziel der numerischen Betrachtungen ist die Kopplung von Maschinen- und Bearbeitungssimulation zu einer durchgängigen Prozesssimulation.