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21.11.2017

Exzellenz zum Anfassen

IKV richtet sich inhaltlich aus

Das Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen (IKV) sieht sich dank seiner Beteiligung an der Exzellenzcluster-Förderlinie nicht nur gut aufgestellt, sondern setzt mit vier Leitthemen inhaltliche Akzente, wie Prof. Dr. Christian Hopmann bei einer Vorschau auf das IKV-Kolloquium 2018 Ende vergangener Woche ausführte. Ziel sei unter anderem, externe Kooperationen und die institutsinterne Vernetzung besser zu fassen.

Am erklärungsbedürftigsten ist das Leitthema „Integrative Kunststofftechnik“ (siehe Bild 2-7). Als zweites Leitthema hob Hopmann Industrie 4.0 hervor: „Wir werden uns also ganz klar der Digitalisierung verschreiben“. Leichtbau – keineswegs nur mit Hilfe von Faserverstärkungen, sondern auch auf Basis von Schäumen, neuen Werkstoffe oder anderen Routen – nannte Hopmann als drittes Leitthema, ohne damit eine Rangliste aufstellen zu wollen. Last but not least gehört auch die additive Fertigung zu den IKV-Leitthemen.

  • Technik zum Anfassen: IKV-Direktor Prof. Dr. Christian Hopmann erläuterte die vier Leitthemen „Integrative Kunststofftechnik“, Industrie 4.0, Leichtbau und Additive Fertigung, wo man sowohl auf der Kunststoff-Route als auch auf der Metall-Route unterwegs ist, etwa mit additiv gefertigten Werkzeugen und statischen Mischerelementen (Bild) (© Hanser/K.Klotz)

    Technik zum Anfassen: IKV-Direktor Prof. Dr. Christian Hopmann erläuterte die vier Leitthemen „Integrative Kunststofftechnik“, Industrie 4.0, Leichtbau und Additive Fertigung, wo man sowohl auf der Kunststoff-Route als auch auf der Metall-Route unterwegs ist, etwa mit additiv gefertigten Werkzeugen und statischen Mischerelementen (Bild) (© Hanser/K.Klotz)

  • Integrative Kunststofftechnik umfasst in der IKV-Lesart nicht nur das Zusammenführen von Materialien, Prozessen, Funktionen (Funktionsintegration) oder Simulationen, sondern insbesondere auch die Verknüpfung von Simulation und Prozesse, wie … (© IKV)

    Integrative Kunststofftechnik umfasst in der IKV-Lesart nicht nur das Zusammenführen von Materialien, Prozessen, Funktionen (Funktionsintegration) oder Simulationen, sondern insbesondere auch die Verknüpfung von Simulation und Prozesse, wie … (© IKV)

  • … die Herstellung von Kautschukprofilen im Extrusionsverfahren mit kontinuierlicher Vulkanisation als Beispiel zeigt. Dabei … (© Hanser/K.Klotz)

    … die Herstellung von Kautschukprofilen im Extrusionsverfahren mit kontinuierlicher Vulkanisation als Beispiel zeigt. Dabei … (© Hanser/K.Klotz)

  • … lässt sich bisher messtechnisch weder die Temperaturverteilung über den Querschnitt noch der  beim kontinuierlichen Vulkanisieren erreichte Vernetzungsgrad inline erfassen, wie Prof. Hopmann und Florian Lemke (links) ausführten. Unter Einsatz des neu entwickelten Messsystems (HeatStraD – Heating Strategy Developer, Bild) erarbeiteten die Forscher gemeinsam mit dem Industriepartner Gerlach Maschinenbau GmbH, Nettetal, Prozesswissen – Daten, die als Vorstufe von Prozessmodellen dienen und gleichzeitig robuste Prozesspunkte für die kontinuierliche Vulkanisation liefern (© IKV/Fröls)

    … lässt sich bisher messtechnisch weder die Temperaturverteilung über den Querschnitt noch der beim kontinuierlichen Vulkanisieren erreichte Vernetzungsgrad inline erfassen, wie Prof. Hopmann und Florian Lemke (links) ausführten. Unter Einsatz des neu entwickelten Messsystems (HeatStraD – Heating Strategy Developer, Bild) erarbeiteten die Forscher gemeinsam mit dem Industriepartner Gerlach Maschinenbau GmbH, Nettetal, Prozesswissen – Daten, die als Vorstufe von Prozessmodellen dienen und gleichzeitig robuste Prozesspunkte für die kontinuierliche Vulkanisation liefern (© IKV/Fröls)

  • Auf Basis von gemessenen Oberflächentemperaturen und thermischen Simulationen ist es jedoch möglich, die Temperatur über Erwärmungsmodelle in Abhängigkeit der gewählten Technik (Mikrowelle oder Infrarot) auch im Inneren des Profils vorhersagen (© Hanser/K.Klotz)

    Auf Basis von gemessenen Oberflächentemperaturen und thermischen Simulationen ist es jedoch möglich, die Temperatur über Erwärmungsmodelle in Abhängigkeit der gewählten Technik (Mikrowelle oder Infrarot) auch im Inneren des Profils vorhersagen (© Hanser/K.Klotz)

  • Mit einer vom IKV als Patent eingereichte Technologie wird man nun jedoch erstmals in der Lage sein, den Vernetzungszustand vulkanisierter Profile unmittelbar nach Anlagenaustritt oder am Ende einer Produktionslinie zu messen. Das Verfahren nutzt eine Resonanzfrequenzmessung und basiert darauf, dass das Profil je nach Vernetzungsgrad ein unterschiedliches Schwingungsverhalten aufweist (© Hanser/K.Klotz)

    Mit einer vom IKV als Patent eingereichte Technologie wird man nun jedoch erstmals in der Lage sein, den Vernetzungszustand vulkanisierter Profile unmittelbar nach Anlagenaustritt oder am Ende einer Produktionslinie zu messen. Das Verfahren nutzt eine Resonanzfrequenzmessung und basiert darauf, dass das Profil je nach Vernetzungsgrad ein unterschiedliches Schwingungsverhalten aufweist (© Hanser/K.Klotz)

  • Die zur Messung benötigten Schwingungen werden dazu z.B. extern angeregt und über ein Laser-Doppler-Vibrometer gemessen … (© Hanser/K.Klotz)

    Die zur Messung benötigten Schwingungen werden dazu z.B. extern angeregt und über ein Laser-Doppler-Vibrometer gemessen … (© Hanser/K.Klotz)

  • … momentan noch an einer externen Probe (© Hanser/K.Klotz)

    … momentan noch an einer externen Probe (© Hanser/K.Klotz)

  • Um die Selbstregulierende Fertigung von FVK-Bauteilen geht es bei iComposite 4.0, einem Gemeinschaftsprojekt des IKV mit dem Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL), das die wirtschaftliche Großserienfertigung von FVK-Bauteilen zum Ziel hat, z.B. …  (© IKV)

    Um die Selbstregulierende Fertigung von FVK-Bauteilen geht es bei iComposite 4.0, einem Gemeinschaftsprojekt des IKV mit dem Aachener Zentrum für integrativen Leichtbau (AZL), das die wirtschaftliche Großserienfertigung von FVK-Bauteilen zum Ziel hat, z.B. … (© IKV)

  • … einen Fahrzeugunterboden. Die Basis für dieses ressourceneffiziente Produktionssystem bildet … (© Hanser/K.Klotz)

    … einen Fahrzeugunterboden. Die Basis für dieses ressourceneffiziente Produktionssystem bildet … (© Hanser/K.Klotz)

  • … der am IKV entwickelte 3D-Faserspritzprozess. Hierbei werden Faserrovings automatisch und mit hohem Massedurchsatz auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten und orientiert auf ein komplexes Ablagewerkzeug appliziert (unten). Schwankungen in Bezug auf Faserorientierung und Faserverteilung werden durch ein Inline-Messverfahren überwacht … (© Hanser/K.Klotz)

    … der am IKV entwickelte 3D-Faserspritzprozess. Hierbei werden Faserrovings automatisch und mit hohem Massedurchsatz auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten und orientiert auf ein komplexes Ablagewerkzeug appliziert (unten). Schwankungen in Bezug auf Faserorientierung und Faserverteilung werden durch ein Inline-Messverfahren überwacht … (© Hanser/K.Klotz)

  • … und Abweichungen mit Endlosfasereinlegern gezielt ausgeglichen (© Hanser/K.Klotz)

    … und Abweichungen mit Endlosfasereinlegern gezielt ausgeglichen (© Hanser/K.Klotz)

  • Trotz individueller Halbzeugeigenschaften entsteht nach der auf den jeweiligen Preform maßgeschneiderten Imprägnierung im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) ein qualitätsgesichertes Bauteil mit konstanten mechanischen Eigenschaften (© Hanser/K.Klotz)

    Trotz individueller Halbzeugeigenschaften entsteht nach der auf den jeweiligen Preform maßgeschneiderten Imprägnierung im Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM) ein qualitätsgesichertes Bauteil mit konstanten mechanischen Eigenschaften (© Hanser/K.Klotz)

  • Auch im In dem Gemeinschaftsprojekt „Composite Materials for Chassis Components“ geht es um Serienanwendungen. Mit Forscher des Ford Forschungszentrums, Aachen, untersucht das IKV das Ermüdungs- und Versagensverhalten glasfaserverstärkter Kunststoffblattfedern (© Hanser/K.Klotz)

    Auch im In dem Gemeinschaftsprojekt „Composite Materials for Chassis Components“ geht es um Serienanwendungen. Mit Forscher des Ford Forschungszentrums, Aachen, untersucht das IKV das Ermüdungs- und Versagensverhalten glasfaserverstärkter Kunststoffblattfedern (© Hanser/K.Klotz)

  •  In Versuchen wird das Material einer 3-Punkt-Biegebeanspruchung ausgesetzt und unter den verschiedensten Einsatzrandbedingungen getestet (© IKV)

    In Versuchen wird das Material einer 3-Punkt-Biegebeanspruchung ausgesetzt und unter den verschiedensten Einsatzrandbedingungen getestet (© IKV)

  • Indem phänomenologische Modelle zur Verwendung in FE-Methoden weiterentwickelt werden, gelingt die Übertragbarkeit von Materialebene auf Bauteilebene, ohne dass jeder Lastzyklus einzeln berechnet werden muss. Aus den analytischen und numerischen Beschreibungen des Schädigungs- und Versagensverlaufs lassen sich dann Bauteilversuche verkürzen (© Hanser/K.Klotz)

    Indem phänomenologische Modelle zur Verwendung in FE-Methoden weiterentwickelt werden, gelingt die Übertragbarkeit von Materialebene auf Bauteilebene, ohne dass jeder Lastzyklus einzeln berechnet werden muss. Aus den analytischen und numerischen Beschreibungen des Schädigungs- und Versagensverlaufs lassen sich dann Bauteilversuche verkürzen (© Hanser/K.Klotz)

  • Mit der Generierung intelligenter Modelle beschäftigt sich das IKV unter dem Leitthema „Kunststoffindustrie 4.0“ und präsentiert anlässlich des Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik einen neuen Ansatz wie sich Simulation und reale Versuchsdaten sinnvoll kombinieren lassen, um den Gesamtprozess zu erleichtern (© IKV)

    Mit der Generierung intelligenter Modelle beschäftigt sich das IKV unter dem Leitthema „Kunststoffindustrie 4.0“ und präsentiert anlässlich des Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik einen neuen Ansatz wie sich Simulation und reale Versuchsdaten sinnvoll kombinieren lassen, um den Gesamtprozess zu erleichtern (© IKV)

  • Damit intelligente Modelle die Prozesseinrichtung beim Spritzgießen erleichtern, müssen die eingesetzten Algorithmen, beispielsweise künstliche neuronale Netze, zunächst mit Hilfe aufwendiger Spritzgießversuche trainiert werden (© IKV)

    Damit intelligente Modelle die Prozesseinrichtung beim Spritzgießen erleichtern, müssen die eingesetzten Algorithmen, beispielsweise künstliche neuronale Netze, zunächst mit Hilfe aufwendiger Spritzgießversuche trainiert werden (© IKV)

  • Um den praktischen Trainingsaufwand zu reduzieren, werden automatisch ausführbare numerische Simulationen genutzt (© Hanser/K.Klotz)

    Um den praktischen Trainingsaufwand zu reduzieren, werden automatisch ausführbare numerische Simulationen genutzt (© Hanser/K.Klotz)

  • In einem neuen Ansatz versucht das IKV nun, durch den Einsatz von Simulationen in Kombination mit realen Versuchsdaten geeignete maschinelle Lernmodelle für die Prozesseinrichtung zu finden. Durch die Datenkombination sollen die notwendigen Versuche an der Maschine minimiert und somit der Einsatz maschineller Lernverfahren wirtschaftlich ermöglicht werden  (© Hanser/K.Klotz)

    In einem neuen Ansatz versucht das IKV nun, durch den Einsatz von Simulationen in Kombination mit realen Versuchsdaten geeignete maschinelle Lernmodelle für die Prozesseinrichtung zu finden. Durch die Datenkombination sollen die notwendigen Versuche an der Maschine minimiert und somit der Einsatz maschineller Lernverfahren wirtschaftlich ermöglicht werden (© Hanser/K.Klotz)

  • Hybride Fertigung: Die bereits auf der K 2016 gezeigte Fertigungszelle kombiniert schneckenbasierte und somit plastifizierende additive Fertigungsverfahren mit subtraktiven Fertigungsverfahren sowie der automatisierten Einbindung von Einlegteilen, wie Gewindeeinsätzen oder Elektronikbauteilen. Inzwischen … (© Hanser/K.Klotz)

    Hybride Fertigung: Die bereits auf der K 2016 gezeigte Fertigungszelle kombiniert schneckenbasierte und somit plastifizierende additive Fertigungsverfahren mit subtraktiven Fertigungsverfahren sowie der automatisierten Einbindung von Einlegteilen, wie Gewindeeinsätzen oder Elektronikbauteilen. Inzwischen … (© Hanser/K.Klotz)

  • … ist es gelungen, ist es gelungen, den Materialaustrag durch den Melt-Deposition-Modeling-Prozess (MDM) und somit die Maschinenproduktivität im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie dem Fused-Layer-Modeling-Verfahren (FLM) um das 7-fache zu erhöhen, so dass … (© Hanser/K.Klotz)

    … ist es gelungen, ist es gelungen, den Materialaustrag durch den Melt-Deposition-Modeling-Prozess (MDM) und somit die Maschinenproduktivität im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wie dem Fused-Layer-Modeling-Verfahren (FLM) um das 7-fache zu erhöhen, so dass … (© Hanser/K.Klotz)

  • … beispielsweise die Herstellung eines Windkraftflügelmodells nur noch eine gute Stunde in Anspruch nimmt, wobei … (© Hanser/K.Klotz)

    … beispielsweise die Herstellung eines Windkraftflügelmodells nur noch eine gute Stunde in Anspruch nimmt, wobei … (© Hanser/K.Klotz)

  • … mit carbonfasergefülltem Granulat (PA 6.6 CF30) als Ausgangsmaterial gearbeitet werden kann, was … (© Hanser/K.Klotz)

    … mit carbonfasergefülltem Granulat (PA 6.6 CF30) als Ausgangsmaterial gearbeitet werden kann, was … (© Hanser/K.Klotz)

  • … aufgrund der ausgebildeten Strukturen … (© IKV)

    … aufgrund der ausgebildeten Strukturen … (© IKV)

  • … gute mechanische Eigenschaften ergibt, bei denen es schon einen Hammer braucht, um das Bauteil wie abgebildet zu schädigen (© Hanser/K.Klotz)

    … gute mechanische Eigenschaften ergibt, bei denen es schon einen Hammer braucht, um das Bauteil wie abgebildet zu schädigen (© Hanser/K.Klotz)

  • Auslegung von Profilextrusionswerkzeugen: Weil Polymere aufgrund ihrer komplexen Rheologie am Düsenaustritt viskoelastisch schwellen, lässt sich die ideale Geometrie von Extrusionswerkzeugen nicht direkt aus den Maßen des gewünschten Profils bestimmen. Bisher müssen die Werkzeuge daher meist in aufwendigen Iterationsschleifen in Simulation und Experiment ausgelegt werden … (© IKV)

    Auslegung von Profilextrusionswerkzeugen: Weil Polymere aufgrund ihrer komplexen Rheologie am Düsenaustritt viskoelastisch schwellen, lässt sich die ideale Geometrie von Extrusionswerkzeugen nicht direkt aus den Maßen des gewünschten Profils bestimmen. Bisher müssen die Werkzeuge daher meist in aufwendigen Iterationsschleifen in Simulation und Experiment ausgelegt werden … (© IKV)

  • … Daher wurde am IKV eine vollautomatische Simulationsumgebung entwickelt, die die Rechenräume innerhalb und außerhalb des Werkzeugs miteinander koppelt und diese dann mit den Optimierungsschritten „Qualität bestimmen“ und „Geometrie ändern“ vernetzt. So lässt sich automatisch eine ideale, freigeformte Werkzeuggeometrie für ein bestimmtes Profil ermitteln … (© IKV)

    … Daher wurde am IKV eine vollautomatische Simulationsumgebung entwickelt, die die Rechenräume innerhalb und außerhalb des Werkzeugs miteinander koppelt und diese dann mit den Optimierungsschritten „Qualität bestimmen“ und „Geometrie ändern“ vernetzt. So lässt sich automatisch eine ideale, freigeformte Werkzeuggeometrie für ein bestimmtes Profil ermitteln … (© IKV)

  • ... und dann additiv fertigen (© Hanser/K.Klotz)

    ... und dann additiv fertigen (© Hanser/K.Klotz)

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Nächste Runde der Exzellenzcluster

Unter 41 Hochschulen ist auch die RWTH Aachen aufgefordert, bis zum 21. Februar 2018 Vollanträge für die Endrunde der Förderlinie Exzellenzcluster einzureichen. Das IKV hat ist mit der Projektskizze „Internet of Production“ vertreten. Mit der Entscheidung der Exzellenzkommission ist erst im September 2018 zu rechnen.

Die neue Projektskizze basierte auf dem schon laufenden Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnologie für Hochlohnländer“, in dem mehr als 80 Wissenschaftler aus über 25 Instituten und Forschungseinrichtungen der RWTH Aachen forschen. Das IKV ist mit sechs Teilprojekten vertreten: generative Fertigung von Extrusionswerkzeugen, Multiskalensimulation der Erstarrung von Kunststoffschmelzen, selbstoptimierender Spritzgießprozess, integrierte Herstellung funktionaler Mikrostrukturen und Kunststoff/Metall-Hybridstrukturen für Crashanwendungen und Kunststoff/Metall-Hybridbauteile für Elektronikanwendungen.

Das 29. Internationale Kolloquium Kunststofftechnik

Zum alle zwei Jahre stattfindenden IKV-Kolloquium sind vom 28. Februar bis 1. März 2018 fünf Plenarvorträge geplant, 18 Keynote-Vorträge aus der Industrie sowie 36 IKV-Fachvorträge. Unter dem Namen „IKV 360°“ haben Besucher Gelegenheit, die Versuchsstände in Augenschein zu nehmen und mit Spezialisten dort Details zu diskutieren. Für die begleitende Fachausstellung gebe es bereits „sehr sehr gute“ Anmeldungszahlen.

Die 18 Sessions des 29. Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik:

  • Flexibilisierung der Spritzgießfertigung durch Digitalisierung
  • Neue Ansätze zur Produktivitätssteigerung in der Folienextrusion
  • Effiziente Verarbeitungstechnologien für Polyurethan-Leichtbau
  • Ausschussfreie FVK-Bauteilfertigung durch Inline-Prozessregelung
  • Werkstoff/Prozesswechselwirkungen bei der Additiven Fertigung
  • Extrusion und Weiterverarbeitung simulativ optimieren
  • Komplexe Leichtbauteile aus Duroplasten spritzgießen
  • Konstruktionsmethodik für die Additive Fertigung
  • Integrative Anlagen- und Prozesstechnik in der Kautschukverarbeitung
  • Digitalisierung der Werkzeugentwicklung beim Präzisionsspritzgießen
  • Auslegung dynamisch hochbeanspruchter Kunststoff-Fahrwerkskomponenten
  • Medieneinfluss auf Kunststoffe analysieren und modellieren
  • Kunststoff/Metall-Hybridbauteile integrativ auslegen und herstellen
  • Modellierung anisotroper Werkstoffeffekte bei der Bauteilauslegung
  • Kunststoffoberflächen funktionalisieren
  • Endlosfaserverstärkte Strukturbauteile individualisiert produzieren
  • Rigid Packaging – Ressourceneffizienz durch virtuelle Entwicklung
  • Kunststoffschweißen – Charakterisierung, Prüfung und Simulation

Dr. Karlhorst Klotz, Redaktion


Mediathek

Hinter den Kulissen des IKV

Weiterführende Information
  • 21.11.2017

    Exzellenter Kompass

    Meinung

    Blicke hinter den Vorhang haben ihren Reiz. Davon lebt auch die Preview-Veranstaltung, die das IKV an der RWTH Aachen jeweils wenige Monate vor seinem internationalen Kolloquium veranstaltet. So auch am Freitag vergangener Woche.   mehr

  • 13.10.2017

    IKV präsentiert aktuelle Forschung

    29. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik

    Am 28. Februar und 1. März 2018 findet das Event wieder in Aachen statt, das IKV erwartet dazu rund 800 Fachleute aus der Kunststoffbranche weltweit.   mehr

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