Präzisionssteigerung in schmelzebasierten Fertigungsverfahren
Der SFB 1120 widmet sich der Optimierung der Bauteilpräzision durch umfassende Analysen der Schmelzeentstehung, -dynamik und -erstarrung in schmelzebasierten Produktionsprozessen. Die Aufgabe des SFB 1120 ist, die einzelnen Fragestellungen und Einflussfaktoren hinsichtlich Schmelzeentstehung, Schmelzfluss, Energietransport und Erstarrung zu systematisieren und einer möglichst übergeordneten Beschreibung zuzuführen.
Der SFB 1120 befasst sich mit der Präzisionssteigerung in schmelzebasierten Fertigungsverfahren. Dies erfolgt anhand einer durchgängigen Betrachtung des gesamten Prozesszyklus, bestehend aus der Schmelzeentstehung, -dynamik innerhalb des Prozesses und der -erstarrung. Da die ablaufenden Teilprozesse in einem lokalen Bereich des Bauteils oder bei der Formgebung des gesamten Bauteils auftreten, ergeben sich unterschiedliche Größenordnungen, die in zwei Projektbereichen bearbeitet werden. Durch die enge Kooperation verschiedener Institute der RWTH Aachen University innerhalb der beiden Projektbereiche können die verschiedenen Ansätze und Blickwinkel zu einem gesamtheitlichen Verständnis beitragen. Zusätzlich ergeben sich Synergien aus den unterschiedlichen Teilprojekten, die zur Erreichung einer höheren Prädiktionsgenauigkeit beitragen und so Formteile ohne Korrekturschleifen oder nachträgliche Bearbeitungen herstellbar werden.
© IKV
Seit Juni 2022 befindet sich der SFB 1120 in der letzten Förderperiode und der Forschungsschwerpunkt der beiden Projektbereiche sowie der Teilprojekte liegt auf der Prozessbeherrschung und Kompensation. Das IKV ist auch in der dritten Förderphase mit drei Teilprojekten zur Minimierung des Verzugs von Spritzgießbauteilen im SFB 1120 vertreten:
Teilprojekt B01: Algorithmen zur Auslegung eines Temperierlayouts für Spritzgießwerkzeuge unter Berücksichtigung des lokalen Kühlbedarfes
Der Verzug von Spritzgießbauteilen kann bei der Herstellung durch die richtige Auslegung des Kühlkanaldesigns minimiert werden. Die Entwicklung einer individuellen automatisierten Kühlkanalauslegung mit Hilfe eines Algorithmus soll dazu beitragen, die Wärme aus Hotspots lokal wesentlich besser abzuführen. Der Fokus dieses Jahr lag auf Adaption der erarbeiteten Methodik zur Fertigung von geradlinigen konturnahen Kühlkanälen. Dadurch wird der Fokus auf die klassische und etablierte Fertigungsverfahren im Werkzeugbau gelegt. Zudem wird die Methodik auf anisotrope und technische Kunststoffe erweitert.
Teilprojekt B03: Selbstoptimierende Prozessregelungsstrategien für eine hochsegmentierte Werkzeugtemperierung beim Spritzgießen
Eine andere Einflussgröße auf den resultierenden Verzug ist die Werkzeugtemperierung. Diese lässt sich über eine modellprädiktive Regelungsstrategie (MPC) des spezifischen Volumens steuern. Notwendig ist dazu eine hochsegmentierte dynamische Werkzeugregelung. Die Beherrschung der Formteilpräzision für komplexe Geometrien und technische Thermoplaste soll unter anderem durch den Einsatz keramischer Heizschichten erreicht werden. Für die Platzierung der keramischen Heizschichten im Werkzeug ist diese Jahr simulativ eine Routine entwickelt und bei der Auslegung des praxisnahen Demonstrators angewendet worden. Mithilfe der Routine konnten zudem geeignete Prozesspunkte mit möglichst geringem Verzug identifiziert werden.
Teilprojekt B04: Analyse der thermischen Kopplung von Schmelze, Gefüge und Werkzeug
Prozessführung und Werkzeugauslegung wirken sich auch auf das im Formteil entstehende Gefüge sowie die Morphologie aus und beeinflussen damit den Verzug. Um diesen präzise simulativ vorherzusagen, bedarf es einer Kopplung verschiedener Simulationen. Die bereits erfolgreich validierte Mehrskalensimulationskette inklusive Homogenisierungsansatz ist dieses Jahr auf einen XNS-Solver in eine selbstkonsistente iterative Mehrskalensimulation überführt und validiert worden. Des Weiteren wurde prozesstechnisch als auch messtechnisch das Phänomen der Nachkristallisation hinsichtlich dessen Einfluss auf den finalen Bauteilverzug angegangen.
Projektdaten und Förderung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektlaufzeit: 01.07.2014 – 30.06.2026
Projektpartner
