Forschung & Entwicklung

Through Process Modelling- TPM

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Microstructural Through Process Modelling TPM betrachtet Prozessketten ausgehend von den Komponenten eines Werkstoffes bis hin zum fertigen Endprodukt.

Das geschieht zum Einen durch die geschlossene simulationstechnische Abbildung dieser Prozessketten, zum Anderen durch die fertigungstechnische Verifikation der technologischen relevanten Eigenschaften am Endprodukt. Dieser Ansatz zur Prozessentwicklung wird derzeit an vier Technologien im Detail umgesetzt:

1. POWDER INJECTION MOULDING PIM VON SINTERSTÄHLEN
Die Modellbildung umfasst die Prozessschritte Spritzgießen, Entbindern, und Sintern. Arbeiten zur Entwicklung eines mathematischen Modells zur Vorhersage der Dichteverteilung nach dem Spritzguss eines inhomogenen Feedstocks und zur Ableitung eines physikalischen Werkstoffgesetzes zum Sinterprozess sind integraler Teil des Projektes. Die umfassende Beschreibung der ineinander greifenden Prozessstufen von Entbindern und Sintern geschieht über einen formalkinetischen Ansatz, der aus der thermischen Analyse des Realwerkstoffes abgeleitet wird. Über die datentechnische Vernetzung des kinetischen Modells zu einem kommerziellen FEM Programm wird die Vorhersage der räumlichen Verteilung von Struktureigenschaften und anderen bauteilrelevanten Daten – wie z.B. die Eigenspannungsverteilung – möglich. Die gewonnen Aussagen werden an Bauteilen verifiziert.

2. MIKRO- UND MAKROMECHANISCHE SIMULATION VON POLYMERKOMPOSITEN
Aufbauend auf dem makromechanischen FE-Modell eines realen Komposit-Bauteils wird der Prozess der Harzinfiltration (Rasin Transfer Moulding RTM) simuliert. Daraus gewinnt man Aussagen über die räumliche Verteilung von Imperfektionen, die aus der Faser-Harz- Wechselwirkungen bzw. den Verschiebungen einzelner Faserlagen während der Harzinjektion resultieren. Durch zwei iterativ gekoppelte Simulationen werden sowohl der Infiltrationsprozess als auch der Faserlagenaufbau optimiert, und das daraus abzuleitende Bauteilverhalten berechnet. Nach den optimierten Prozessparametern werden reale Bauteile gefertigt, und die simulationstechnisch vorhergesagten Eigenschaften verifiziert.

3. PHASENTRANSFORMATIONEN VON HOCHFESTEN STÄHLEN
(Advanced High Strength Steels: AHS Steels): Unter Einsatz von Phasenfeld-Simulationen werden Abfolgen von Phasentransformationen im Festkörper berechnet. Die Prozesskette umfasst die Technologiestufen vom erstarrten Abguss über Warm- und Kaltumformschritte und der abschließenden Wärmebehandlung zum Walzblech. Die berechneten Phasenfelder bilden das Netz für weiterführende Simulationen an kommerziellen F&E-Programmen.

4. PROZESSSIMULATION FÜR TIEFZIEHBLECHE AUS TECHNISCHEN AL ODER MG LEGIERUNGEN
Aus der datentechnischen Verknüpfung kommerzieller Software zu einer durchgehenden Simulationskette werden Produktionsroutinen abgebildet, die beginnend vom Strangguss eines Pressbolzens oder Walzbarrens die Prozessschritte der Warm- und Kaltumformung, der Wärmebehandlung und des Tiefziehens der Bleche abbilden. Endprodukte sind Tiefziehbauteile, wie z.Bsp. im Automobilbau verwendet werden. Für alle Teilprojekte sind verschiedene Software Pakete zu geschlossenen Simulationsketten zu vernetzen. Die Gewährleistung der Interoperabilität ist von entscheidender Bedeutung, hat mittelfristig wesentlichen Einfluss auf die Auswahl der eingesetzten Programme, und definiert eine Querschnittsdisziplin des Projektes. Der Aufbau spezifischer thermophysikalischer Datensätze zur Ableitung thermokinetischer Modelle definiert die zweite Querschnittsdisziplin. In Summe werden Werkzeuge zum geschlossenen technologischen Prozessdesign vernetzt, die im Verbund mit der eingesetzten Anlagentechnik über reine F&E Aktivitäten hinaus die Lücke zu großtechnischen Produktionslinien schließen.