Eine neuartige Software für die Herstellung von Preforms schafft die Voraussetzung, Verbundbauteile ressourcen- und energieeffizient zu fertigen. Entwickelt wurde dieses Tool im Rahmen eines öffentlich geförderten Kooperationsprojekts.
Screenshot der Software (von links): Navigationsmenü zur Eingabe der Herstellungsparameter, animierte Darstellung des Maschinenablaufs, fertige Preforms
Verbundbauteile auf Basis unidirektionaler, thermoplastischer, faserverstärkter Tapes sind bei der Herstellung nachhaltiger Leichtbaustrukturen, insbesondere für den Automobilbau und die Luftfahrt, unverzichtbar. Daher kommt der wirtschaftlichen, ressourcenschonenden und mechanisch optimalen Herstellung ihrer Vorformlinge aus Tapes (Preforms) eine große Bedeutung zu. Im Fokus steht dabei die Senkung des Verbrauchs an kostenintensivem Fasermaterial.
Dieser Fragestellung widmete sich daher auch ein kürzlich erfolgreich abgeschlossenes Projekt eines Konsortiums um die Neue Materialien Bayreuth GmbH. Das Hauptziel bestand in der Entwicklung eines digitalen Zwillings der Tapelegeanlage im NMB-Technikum. Mit dessen Hilfe soll es durch numerische Optimierung gelingen, den Aufbau von Preforms aus gezielt abgelegten Tapestreifen möglichst verschnittfrei zu gestalten. Als digitaler Zwilling wird hierbei das virtuelle Abbild der realen Anlage und ihrer Abläufe bezeichnet. Basierend darauf wurde eine Legesoftware mit einem Optimierungsalgorithmus entwickelt, der es ermöglicht, eine Legedatenoptimierung zur automatisierten Faserablage für verschiedene Geometrien durchführen zu können.
Die entwickelte Software ermöglicht nun erstmals die komplette Simulation des Legeprozesses, angefangen bei dem Zuschnitt von Tapes unterschiedlicher Breite als Ausgangsmaterial bis hin zur mehrschichtigen, ultraschallverschweißten ebenen Preform. Berücksichtigt werden dabei Parameter, wie Tapebreite, Abschneidewinkel für einen konturnahen Beschnitt, Geschwindigkeit der Legeanlage sowie werkstoffspezifische Informationen. Damit wurde die Voraussetzung für zielgerichtete Optimierungsansätze geschaffen, die dazu führen, dass die Platzierung des Fasermaterials verschnittminimiert, effizienter und schneller erfolgen kann.
Mit der Software kann der Anwender in einem frühen Stadium des Produktentstehungsprozesses nicht nur die zu erwartenden Herstellungskosten der für das Bauteil erforderlichen Preform berechnen, sondern ist auch in der Lage, den CO2-Footprint unter Berücksichtigung der eingesetzten Materialien und Fertigungsabläufe zu bewerten. Umweltfreundlichere Lösungen können somit auf dem digitalen Reißbrett umgesetzt werden, da dem Anwender die Kenntnisse über die Effekte seiner Materialauswahl und Maschineneinstellung zur Verfügung stehen. Im Anschluss kann mithilfe der errechneten Daten das reale Bauteil kosteneffizient und umweltfreundlich hergestellt werden. Die hierfür erforderlichen Daten werden direkt von der Software auf die Anlage übertragen.
Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt „OptiTape – Entwicklung einer maschinenunabhängigen Software zur Abbildung einer virtuellen Prozesskette für die wirtschaftliche, ressourcenschonende und mechanisch optimale Herstellung von Preforms auf Basis unidirektionaler thermoplastischer Tapes“ (Förderkennzeichen ZF4064612 PO8) wurde von den Kooperationspartnern Neue Materialien Bayreuth GmbH, SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH und REHAU AG + Co realisiert.
Ansprechpartner
Neue Materialien Bayreuth GmbH
M. Sc. Christian Cornejo Runge | E-Mail christian.cornejorunge@nmbgmbh.de
