Forming- und Füllprozesssimulation


David Colin, M.Sc.

Ansprechpartner

Tel. Büro: +49 (89) 289 - 10315
E-Mail: colin@lcc.mw.tum.de

Der Forschungsbereich Forming- und Füllprozesssimulation beschäftigt sich mit der Simulation der (Pre-)Forming Prozesse Flechten, Drapieren und AFP (Automated Fiber Placement) und der Simulation der Infiltration von Fasern, Faserhalbzeugen und Bauteilen. Etablierte Simulations- modelle stehen bisher in Forschung wie Industrie nur sehr eingeschränkt zur Verfügung. Ein Forschungsschwerpunkt ist daher die Weiterentwicklung der bestehenden Ansätze und die Entwicklung von neuen Simulationsansätzen und Materialmodellen. Augenmerk wird dabei neben der Prozessentwicklung und dem Prozessverständnis auf die Vorhersage des Einflusses der Fertigung auf die Materialeigenschaften des fertigen Bauteiles gelegt. Für die Zukunft liegt enormes Potential darin, die Herstellungsprozesse mittels Simulationen abzubilden und zu verstehen.

Drapiersimulation

Im Bereich der Drapier- bzw. Umformsimulation beschäftigt sich der LCC mit der FE Modellierung des Umformprozesses von trockenen und mit duroplastischen sowie thermoplastischen Matrixwerkstoffen vorimprägnierten Composite Textilien. Dies beinhaltet zusätzlich zur Modellbildung die Materialcharakterisierung, die Validierung der Materialmodelle mit experimentellen Ergebnissen sowie die Simulation von konkreten Anwendungsfällen.

Abbildung 1: Umformsimulation an einer Demonstrator-Geometrie

Flechtsimulation

Der Flechtprozess wird am LCC mit Hilfe von FE-Simulationen untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf dem Zusammenhang zwischen den unterschiedlichen Prozessparametern und deren Einfluss auf die Struktur des Geflechts. Durch separate Versuche werden unterschiedliche Prozessparameter bestimmt. Die Simulationsmodelle werden anhand von Flechtversuchen validiert, welche an den am LCC vorhandenen Flechtmaschinen durchgeführt werden.

Abbildung 2: FE-Simulation des Flechtprozesses

AFP-Prozesssimulation

Um einen Zusammenhang zwischen thermischen und mechanischen Prozessparametern beim AFP (Automated Fiber Placement) zu ermitteln, wurden am LCC Simulationsmodelle entwickelt, welche den Prozess abbilden. Neben analytischen Modellen werden auch thermo-mechanisch gekoppelte FE- Simulationen durchgeführt. Die Validierung der Modelle wird durch das AFP Equipment durchgeführt, welches dem LCC zur Verfügung steht. Die Simulationsmodelle werden verwendet, um das Layup zu optimieren und Testiterationen zu reduzieren.

Abbildung 3: Thermische und mechanische Modellierung des AFP Prozesses

RTM-Prozesssimulation

Am LCC wird die Harzinjektion (RTM, engl. für Resin Transfer Molding) mit speziellen Fokus auf Materialcharakterisierung und Modellvalidierung untersucht. Es wurde ein Simulationsansatz zur Permeabilitätsbestimmung entwickelt, welcher auf der Analyse von Bildaufnahmen eines textilen Halbzeugs basiert. Mit den Ergebnissen der Bildanalyse werden Einheitszellen-Textilmodelle aufgesetzt, anhand derer die Permeabilität mit einer Strömungssimulation bestimmt werden kann. Mit den gewonnen Materialkenndaten können RTM-Prozessgrößen wie Injektionsdruck, Füllzeit und Fließfrontfortschritt vorhergesagt werden.

Abbildung 4: Ergebnisse einer Bildanalyse (links) und RTM-Prozesssimulation eines Sportwagen-Chassis (rechts; Roding GmbH)