Neue Simulationsmethode für verzugsfreie Spritzgussbauteile mit thermoplastischen Tapes revolutioniert Bauteiloptimierung
Die Verstärkung von Spritzgussbauteilen mit endlosfaserverstärkten Tapes ermöglicht eine höhere strukturelle Leistung und Materialeinsparung. Ein entwickelter Optimierungsalgorithmus im T3-Hub-Projekt kompensiert den Verzug durch unterschiedliche Steifigkeiten und thermische Ausdehnungen der Tapes, wodurch verzugsfreie und leichte Bauteile mit verbesserter Ökobilanz entstehen.
Die lokale Verstärkung von Spritzgussbauteilen mit endlos faserverstärkten thermoplastischen Tapes in hochbelasteten Bereichen bietet großes Potenzial zur Steigerung der strukturellen Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Materialeinsparung. Durch den Einsatz von Tapes kann die Wandstärke der Bauteile so weit reduziert werden, dass deutlich weniger Thermoplastcompound verbraucht wird. Das reduzierte Bauteilgewicht bietet nicht nur einen Kostenvorteil, sondern verbessert auch die Ökobilanz der Bauteile.
Die Konstruktion von tapeverstärkten Spritzgussbauteilen ist jedoch mit großen Herausforderungen verbunden. Die großen Unterschiede in Steifigkeit und thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Tapes und dem Compound führen beim Spritzgießen oft zu einem erheblichen Verzug. Im Rahmen des Projektes T3-Hub hat das IKV einen Optimierungsalgorithmus entwickelt, der eine automatisierte verzugsfreie Auslegung solcher Bauteile ermöglicht und gleichzeitig die mechanischen Auslegungsziele berücksichtigt. Der Schlüssel liegt in der Nutzung des induzierten Verzugs in der Tapestruktur zur Kompensation des Verzugs der übrigen Tapes.
Der Optimierungsalgorithmus des IKV wurde zur automatisierten Neuauslegung der Seitenwand einer wiederverwendbaren Klappbox eingesetzt, wie sie in der Logistikbranche mit weltweit über 20 Millionen Stück im Umlauf ist. Das Konstruktionsziel war eine 50%ige Erhöhung der Biegesteifigkeit bei gleichzeitiger Verzugskompensation und wurde für zwei unterschiedliche thermische Lastfälle erreicht. In beiden Fällen lag der Verzug innerhalb der Spezifikationen des Herstellers. Dies konnte mit 4 g PP-GF30-Tapes erreicht werden, was etwa 1 % des Teilegewichts entspricht.
Im nächsten Projektschritt werden die Simulationsergebnisse validiert, indem die optimierten Tapestrukturen in den Fertigungsprozess integriert werden. Anschließend wird der Algorithmus des IKV genutzt, um die erforderliche Compoundmenge für die Herstellung der Boxen zu optimieren. Mit dieser Konstruktionsmethode soll die Integration von Bändern in Spritzgussbauteile in Zukunft ohne Expertenwissen möglich werden.
Projektdaten und Förderung
Wir danken dem BMBF für die Förderung des Projekts T3-Hub (Förderkennzeichen 03LB3055F) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.12.2021 – 31.05.2024
Projektpartner
