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19.03.2018

Der verflixte Benchmark

Sechs Simulationstools im Vergleich

Als sich Anfang April 2017 Simulationsexperten und Anwender aus ganz Deutschland zum Erfahrungsaustausch in München auf der Tagung Kunststoffe+Simulation trafen, löste vor allem ein Vortrag hohe Wogen aus: „Spritzgießsimulation – ein Benchmark aktueller Softwaretools“. Darin stellte Dr. Thomas Baranowski von der Ford-Werke GmbH, Köln, die mit seinem Team ermittelte Vergleichsstudie vor.

  • Sechs Simulationstools im Vergleich: Dr. Thomas Baranowski von der Ford-Werke GmbH stellte den Benchmark (hier die erste Folie der Präsentation) im April 2017 auf der Fachtagung Kunststoffe+Simulation in München vor (© Ford)

    Sechs Simulationstools im Vergleich: Dr. Thomas Baranowski von der Ford-Werke GmbH stellte den Benchmark (hier die erste Folie der Präsentation) im April 2017 auf der Fachtagung Kunststoffe+Simulation in München vor (© Ford)

  • Simulierte Spritzgießbauteile: Ein einfaches Plattenbauteil, eine Frontstoßstange und ein glasfasergefülltes Frontend-Modul dienten zum Vergleich der Simulationstools (© Ford)

    Simulierte Spritzgießbauteile: Ein einfaches Plattenbauteil, eine Frontstoßstange und ein glasfasergefülltes Frontend-Modul dienten zum Vergleich der Simulationstools (© Ford)

  • Vergleich der Messergebnisse (schwarze Kurve) mit den simulierten Drücken beim Spritzgießen: Deutliche Unterschiede zeigt vor allem die Berechnung der Nachdruckphase (© Ford)

    Vergleich der Messergebnisse (schwarze Kurve) mit den simulierten Drücken beim Spritzgießen: Deutliche Unterschiede zeigt vor allem die Berechnung der Nachdruckphase (© Ford)

  • Im Durchschnitt der Füllstudien fielen die Ergebnisse relativ gut aus (© Ford)

    Im Durchschnitt der Füllstudien fielen die Ergebnisse relativ gut aus (© Ford)

  • Resultate Faserorientierung: Ein Softwaretool scheiterte an den Bauteil-Dimensionen; vier Simulationen zeigten recht gute Übereinstimmung mit dem Experiment (© Ford)

    Resultate Faserorientierung: Ein Softwaretool scheiterte an den Bauteil-Dimensionen; vier Simulationen zeigten recht gute Übereinstimmung mit dem Experiment (© Ford)

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Ausgangsbedingungen und vorgegebene Parameter

Im Test traten die sechs Softwaretools Cadmould, Moldflow, Sigmasoft, Moldex3D, 3D Timon und Rem3D gegeneinander an. Das Ford-Team hatte nach eigenen Angaben mit allen Herstellern gut und gleichwertig zusammengearbeitet und präsentierte ein anonymisiertes Ergebnis.

Um die Ergebnisse vergleichen zu können, wurden jeweils drei verschiedene Spritzgießbauteile mit gleichen Prozessparametern simuliert (Bild 2):

  • Ein einfaches Plattenbauteil (mit PP und PC/ABS), an dem die Vorhersage von Druckverhältnissen und Schwindung im Vordergrund stand,
  • eine Frontstoßstangenabdeckung (PP+EPDM) für die Füllsimulation sowie
  • ein Frontend-Modul aus 30% glasfasergefülltem Polyamid an dem die Berechnungen zur Faserorientierung gezeigt werden sollten.

Davon wurden jeweils CAD-Daten sowie Materialparameter wie Viskosität, thermische und mechanische Eigenschaften sowie die Prozesskennzahlen Einspritzzeit, Schmelze- und Werkzeugtemperatur und Verweilzeit vorgegeben. Nachdem jede Software mit den gleichen Parametern gerechnet hatte, wurden die Ergebnisse an Werten gemessen, die in realen Versuchen ermittelt worden waren.

Berechnung der Nachdruckphase hat noch Potenzial

Einige Ergebnisse des Benchmarks stellte Baranowski detaillierter vor:

  • Den Einspritzdruck berechneten einige Softwaretools zu hoch, trafen ihn aber insgesamt relativ gut (Bild 3).
  • Bei der Füllstudie lagen die Simulationsergebnisse relativ nah beieinander (Bild 4).
  • Die immer häufiger nachgefragte Berechnung von Faserorientierungen in verstärkten Kunststoffen konnte ein Softwareprogramm nicht für das gesamte Frontend erfüllen. Die simulierten Tensoren erwiesen sich dann auch als unterschiedlich: Vier Ergebnisse zeigten gute Übereinstimmung mit dem Experiment, eine Simulation wich relativ stark ab (Bild 5).

Fazit

Neben diesen technischen Aspekten verglichen Baranowski und sein Team auch Anwendbarkeit, Komplexität, Kundendienst und Kosten der Simulationstools. Letztlich wurde mit den 52 evaluierten Parametern eine „Scorecard“ erstellt und ausgewertet.

Das Ergebnis: Bis auf einen Anbieter, der nicht alle Anforderungen des Benchmarks erfüllen konnte und daher schlechter abschnitt, bewegen sich alle auf relativ gleichem Niveau – allerdings waren die Abweichungen zwischen Experiment und Simulation teilweise erstaunlich hoch.

Kontroverse Diskussion

In der anschließenden Diskussion unter Teilnehmern der Kunststoffe+Simulation 2017 ging es darum, wie gravierend solche Toleranzen einzuschätzen sind. Es zeigte sich jedenfalls, dass es angesichts der vielen Parameter in Experiment und Software schwer ist, sich darauf zu einigen, wie ein angemessener Vergleich einerseits zwischen Simulation und Realität und andererseits zwischen einzelnen Tools aussehen könnte.

Die vergleichende Studie war zwischen 2012 und 2015 durchgeführt worden und insofern nicht mehr in allen Aspekten ganz aktuell. Teilweise hatten die Hersteller auch während oder nach der Benchmark-Phase noch Verbesserungen angeboten.

Franziska Gründel, Redaktion (kk)

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