Materialgerechtes Thermoforming durch gesteuerte Werkzeugformelemente

Projektbeschreibung

Im Bereich der Verarbeitung von faserverstärkter Kunststoffe (FVK) etablieren sich Produktionstechniken, die Ähnlichkeiten zur Blechverarbeitung aufweisen und zunehmend Einzug in Serienanwendungen finden. Zur Verarbeitung werden thermoplastische Faserhalbzeuge über Schmelztemperatur erwärmt, geformt und endkonsolidiert.

Die Zykluszeiten von Verarbeitungsprozessen thermoplastischer Halbzeuge nähern sich zunehmend denjenigen Zykluszeiten blechumformender Prozesse an. Das Thermoformen von Organoblechen zählt daher zu denjenigen Prozessen, denen ein besonders hohes Potential zugesprochen werden kann. Das Einsatzgebiet dieses Prozesses ist jedoch hinsichtlich der Bauteilkomplexität, bedingt durch die Materialeigenschaften des Organoblechs, sehr begrenzt.

Das wesentliche Problem ist die fehlende Fließeignung in Abhängigkeit der Faserausrichtung im plastifizierten Zustand aufgrund der geringen Bruchdehnung der Fasern. Daher stößt dieses Verfahren bei der Ausformung komplexer Bauteile, insbesondere bei großen Kavitätstiefen und sprunghaften geometrischen Übergängen und dreidimensionalen Raumecken an seine Grenzen.

Das Ziel des geplanten Vorhabens ist die simulationsgestützte Prozessentwicklung mithilfe segmentierter Werkzeugkonzepte zur materialgerechten Umformung von FVK. Die Erweiterung bestehender Prozessgrenzen erfolgt mithilfe segmentierter, mechatronisch gesteuerten Werkzeugformelementen. Ein besonderer Fokus dieses Vorhabens gilt der Bereitstellung numerischer Tools für den Einsatz in der Methodenplanung beim Werkzeugentstehungsprozess.

Im Rahmen dieses Vorhabens soll eine Methodenentwicklung diese Technologie auch für KMU anwendbar machen. Daher sind nicht nur der Erkenntnisgewinn hinsichtlich anwendbarer Segmentierung, Werkzeugkinematik und Methodenplanung, sondern auch die Qualifizierung numerischer Methoden und die Modelloptimierung wesentliche Bestandteile dieses Forschungsvorhabens.