Optimierung der Vorformlingsgeometrie beim Extrusionsblasformen: Ein simulativer Ansatz zur Steigerung der Materialeffizienz
Im Rahmen des Forschungsprojekts „Berechnung der Strangaufweitung des Vorformlings beim Extrusionsblasformen“ wird ein innovatives Simulationsmodell entwickelt, das die Schwell- und Auslängeffekte berücksichtigt. Ziel ist die präzise Vorhersage der Vorformlingsgeometrie unter realen industriellen Bedingungen, um die Materialeffizienz signifikant zu erhöhen und Produktionsprozesse zu optimieren.
© IKVDas Extrusionsblasformen ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern und lässt sich in zwei technologische Schritte unterteilen: Nach der Extrusion des schlauchförmigen Vorformlings schließen sich die Formgebung des Hohlkörpers durch Aufblasen mittels Blasluft und das Abkühlen in der Blasform an. Hauptziel hierbei ist es, ein Formteil mit möglichst geringer und homogener Wanddickenverteilung zu realisieren. Gerade die Deformationen des Vorformlings unter Schwell- und Gewichtskräften sind bei gleichzeitiger Änderung der Werkzeuggeometrie durch die Wanddickensteuerung jedoch schwer vorherzusagen und stellen eine große Fehlerquelle für den Prozess dar. Numerische Strömungssimulationen bieten hier die Möglichkeit, den Entwickler im Extrusionsblasformen zu unterstützen. Während einzelne Teilschritte des Extrusionsblasformprozesses wie zum Beispiel die Fließvorgänge im Werkzeug bereits mit hoher Reproduzierbarkeit simuliert werden können, ist die hochkomplexe Deformation des Vorformlings nach Werkzeugaustritt bisher nicht abbildbar.
© IKVZiel des laufenden Forschungsvorhabens „Berechnung der Strangaufweitung des Vorformlings beim Extrusionsblasformen unter industriellen Bedingungen zur Materialeffizienzsteigerung”, ist die Entwicklung und anschließende experimentelle Validierung eines Simulationsmodells zur Vorhersage der Vorformlingsgeometrie unter Berücksichtigung von Schwell- und Auslängeffekten. In der Open Source Software OpenFOAM (OpenFOAM Foundation Ltd., Großbritannien) wird dafür ein Modell entwickelt, das mithilfe des Phan-Tien-Tanner (PTT)-Modells das Aufschwellverhalten unter Berücksichtigung von Gravitationskräften für unterschiedliche Polyolefine, Verarbeitungstemperaturen und Durchsätze berechnen kann. Bei der experimentellen Validierung kommt ein Segmentierwerkzeug zum Einsatz, welches die Quantifizierung der Wanddickenverteilung ermöglicht. Mithilfe eines Online-Rheometers werden Prozessdaten an der Blasformanlage erfasst, die den Einfluss von Materialschwankungen auf das Schwellverhalten möglichst früh im Prozess erkennen sollen. Die gewonnen Erkenntnisse unterstützen vor allem kleine und mittelständische Unternehmen bei der Werkzeugauslegung sowie bei der Ausschussreduktion im Betrieb, insbesondere in Hinblick auf die zu erwartenden Materialschwankungen bei verstärktem Einsatz von Post-Consumer-Rezyklaten.
Wir laden Sie ganz herzlich ein, als Teil des projektbegleitenden Ausschusses das Projekt mitzugestalten und das Vorgehen sowie erzielte Ergebnisse mit uns und weiteren Teilnehmenden aus Industrieunternehmen zu diskutieren. Die Teilnahme ist selbstverständlich unverbindlich und kostenlos.
Projektdaten und Förderung
Wir danken der AiF für die Förderung des IGF-Projekts (Forschungsvorhaben 22731N) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.06.2023 – 31.05.2025
Projektpartner
