Mikroskalenmodell für die Mehrskalensimulation des Thermoplast-Schaumspritzgießens
Physikalisch geschäumte thermoplastische Spritzgießbauteile besitzen im Vergleich zu kompakten Bauteilen viele Vorteile. Allerdings ist die präzise, technische Auslegung mit Struktursimulation nicht möglich, da Effekte, wie Zelldeformation durch Schereffekte sowie Koaleszenz und Blasenzerfall, nicht berücksichtigt werden. Hier setzt das DFG-Projekt an, indem es untersucht, wie diese Effekte durch eine Mikrosimulation des Schäumens im Spritzgießprozess modelliert und berechnet werden können.
© IKVAls Grundlage für eine Mikroskalen-Schäummodell wurden mathematische und physikalische Beschreibungen für die Nukleierung sowie das Blasenwachstum recherchiert und für das Spritzgießen angepasst. In der Open Source Software OpenFOAM wurde eine Multiphasen-Strömungssimulation für kompressible Medien entwickelt. Neben der Scherviskosität ist die Dehnviskosität zur Abbildung Blasenwachstum relevant, weshalb das Phan-Thien-Thanner-Modell zur Beschreibung der Viskoelastizität im Vergleich zu konventionellen rein viskosen Modellen verwendet und gefittet wurde.
Die Mikrosimulationen zeigen im Vergleich mit praktischen Thermoplastschaumspritzgießversuchen reale Deformationsphänomene durch die Scherung und Wechselwirkungen zwischen den Blasen als Einfluss auf die finale Zellgeometrie und Koaleszenz (Abb. 1). Die Verteilung der Blasengröße, Orientierung und des Aspektverhältnisses können mit der Wahl passender Stützstellen auch für andere Positionen interpoliert werden.
Projektdaten und Förderung
Wir danken der DFG für die Förderung des Projekts (Förderkennzeichen HO 4776/81-1) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.09.2022 – 31.01.2026
