Das chemische und physikalische Schäumen von Kunststoffen ist ein Verfahren, das aufgrund seines Potenzials für den Leichtbau immer mehr in den Fokus rückt. Doch bei der Entwicklung geschäumter Bauteile werden wichtige Schritte oft noch getrennt voneinander betrachtet, analysiert und angegangen. Dem Unternehmen Simpatec Simulation & Technology Consulting ist es in einem konkreten Anwendungsfall gelungen, durch eine ganzheitlichen Prozesssimulation eine erhebliche Gewichtsreduktion und eine Verringerung der Zykluszeit bei der Herstellung zu erzielen.
Üblicherweise erfolgt die Entwicklung des Produktes einerseits direkt vom Designer zum Werkzeugkonstrukteur. Zusätzlich führt ein Produktentwicklungsweg zu einer weiteren Abteilung, welche unabhängig von der Analyse und Betrachtung des Prozesses, Berechnungen im Rahmen der mechanischen Simulation durchführt. Der Herstellungsprozess wird daher in der Regel im Produktdesign und/oder in der Werkzeugkonstruktion simuliert. Bei den einzelnen Schritten kommen heute meist unterschiedliche CAD-Programme zum Einsatz.
Zu den Simulationsergebnissen des Schäumens zählen vor allem zwei Werte, die einen teils erheblichen Einfluss auf weiteren Entwicklungsschritte haben. Zum einen ist dies die Zellgrößen- und zum anderen die Zelldichteverteilung. Sie sind ein Maß dafür, wie stark die lokale Randschicht ausgeprägt, ob mit mehr oder weniger Schlieren auf der Oberfläche zu rechnen und wie hoch die zu erwartende Deformation des finalen Bauteils ist. Weiterhin sind sie auch verfahrensrelevante Rahmenbedingungen und legen fest, ob möglicherweise der Einsatz einer variothermen Temperierung empfehlenswert ist.
Der entscheidende Aspekt für die erfolgreiche Kopplung zweier bisher unabhängiger Komponenten – der Prozesssimulation und der Strukturmechanik – liegt in der Durchgängigkeit der Daten. Die Beschreibung der entstandenen Zellen kann über Porositätsergebnisse von Moldex3D (für die Prozesssimulation eingesetztes Simulationsprogramm) an das Softwaretool Digimat zwecks Materialmodellierung übergeben werden. Die daraus resultierenden lokal unterschiedlichen Materialkennwerte werden dann an die strukturmechanische Simulation weitergegeben. So wird der gesamte Prozess von der Füllung über die Abkühlung bis hin zur Simulation der Deformation durchgängig berechnet, analysiert, bewertet und optimiert.
Durch die ganzheitliche Betrachtungsweise und mit Hilfe eines fortschrittlichen Optimierungsansatzes gelang in diesem Projekt eine Gewichtsreduktion von 25 Prozent bei gleichzeitiger Verringerung der fertigungsrelevanten Deformationen von gut 50 Prozent und einer Verkürzung der Zykluszeit bei der Herstellung von 10 Prozent zu erzielen.
Bild oben: Die ganzheitliche virtuelle Entwicklung eines Produktes verdeutlicht: Mit der dargestellten Methodik ist es möglich, geschäumte Bauteile ganzheitliche simulative zu betrachten, so dass sich hier weitere Leichtbau-Potenziale ergeben. (Quelle: Simpatec)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Simpatec
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