Teilprojekt B01
Das Teilprojekt B01 beschäftigt sich mit der Erforschung von gradierten Spritzgießbauteilen in einem frühen Stadium der Produktentwicklung sowie mit der Erforschung eines hochadaptiven Produktionsprozesses für spritzgießanaloge Bauteile mit kontinuierlich konfigurierbarer Faserarchitektur. Prozessbedingt selbst stellen sich bei der Herstellung von Spritzgießbauteilen meist konstante Faservolumengehälter über dem gesamten Formteil ein. Des Weiteren entsteht eine charakteristische Faserarchitektur, die die Faserorientierung, -länge und -verteilung betrifft. Folglich ist die Möglichkeit der Herstellung von gradierten Formteilen im Spritzgießen bis dato mit hohem Aufwand gegeben. Im Gegensatz dazu lassen sich durch die Additive Fertigung beim Schichtaufbau lokale Änderung der Faserarchitektur schaffen. Zwei Prozesswege zur Herstellung gradierter Bauteile werden identifiziert und in der Folge erforscht. Für intrinsisch gradierte Bauteile wird die additive Fertigung genutzt, da sich beim Schichtaufbau gut lokale Änderungen der Faserarchitektur generieren lassen. Extrinsisch gradierte Bauteile werden über individuelle 3D-Endlosfaser-Verstärkungsstrukturen realisiert, die auf gedruckte Bauteile aufgebracht werden. Schließlich sollen Transfermodelle entwickelt werden, die eine Übertragung von additiv gefertigten Probekörpern auf Spritzgießbauteile erlauben.
Die intrinsisch gradierten Prüfkörper werden in einer am IKV entwickelten additiven Fertigungszelle gefertigt, in der mittels Schneckenextrusion verstärkte und unverstärkte Werkstoffe auf Basis nahezu beliebiger Polymere verarbeitet werden können. Dafür ist eine Bahnplanungsstrategie notwendig, die es ermöglicht, die spezifische Faserarchitektur eines Spritzgießprozesses nachzubilden. Ermöglicht wird dies durch nicht-planare Bahnplanung, durch die Bauteile nicht in parallele Ebenen, sondern in gekrümmte Schichten aufgeteilt werden, sodass der Strang einer 3D-Bahn folgend abgelegt wird. Damit können Faserorientierungen gezielt eingestellt werden. Die auf diese Weise additiv gefertigten Bauteile werden im nächsten Verarbeitungsschritt in einem externen Werkzeug über den Schmelzpunkt des Polymers erhitzt und unter spritzgussrelevanten Drücken und Abkühlraten wieder abgekühlt. So entstehen gradierte additiv gefertigte Bauteile, die die Struktur und den Kristallinitätsgrad von Spritzgießbauteilen nachbilden.
© IKVIn einer zweiten Prozessroute werden extrinsisch gradierte Bauteile hergestellt, indem einzelne 3D-Endlosfaser-Verstärkungsstrukturen (z. B. gradierte Tapes aus B03) auf additiv gefertigte Teile aufgebracht werden. Durch die Kombination beider Prozessrouten ist es möglich, einen fließenden Übergang zwischen den verschiedenen Bereichen innerhalb des Bauteils zu schaffen, um das Risiko von Sollbruchstellen zu minimieren. Darüber hinaus kann dieses neue Produktionsverfahren für das Prototyping von gradierten Spritzgießbauteilen verwendet werden.
Das abgeleitete Wissen über gradierte Strukturen soll in Transfermodelle umgesetzt werden, die es ermöglichen, aus Versuchen an additiv gefertigten Prüfkörpern die Material-Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von gradierten Spritzgießbauteilen abzuleiten. Grundlagen dazu werden u. a. auch im Teilprojekt C03 untersucht. Diese Modelle sollen dem intelligenten Entwicklungs- und Produktionssystem (iEP) zur Verfügung gestellt werden und dienen dort als fundierte Grundlage für die zu integrierende Eigenschaftsprognose.
Projektdaten und Förderung
Das Projekt ist Teil des Sonderforschungsbereichs SFB/TRR 402 der von der DFG unter dem Kennzeichen 525069572 gefördert wird.
Projektstart: Januar 2025
Förderung:
