Prozesssimulation des Umspritzens von dreidimensionalen Skelett-Wickelstrukturen zur Verbesserung des Fertigungsprozesses hochbelasteter Strukturbauteile (Prosim-3DSW)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Henning; Professorin Dr.-Ing. Luise Kärger
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516991978

Der Einsatz kontinuierlicher Verstärkungsfasern in thermoplastischen Bauteilen ermöglicht es, neue Gestaltungsfreiheiten in Strukturbauteilen zu erschließen. Eine Möglichkeit zur Fertigung solcher Strukturbauteile ist das Umspritzen von dreidimensional gewickelten Faserskeletten, die optimal an den Belastungsfall angepasst werden können. Während der Herstellungsprozess selbst bereits grundlegend entwickelt wurde, fehlt bisher noch fundiertes Verständnis zur Modellierung des Prozesses und zur Prädiktion von Bauteileigenschaften und zulässigen Prozessfenstern. Daher besteht das übergeordnete Ziel des Vorhabens in der numerischen Abbildung des Umspritzens und Konsolidierens gewickelter thermoplastischer Strukturen. Dies umfasst die transiente Modellierung des Formfüllvorgangs inklusive der Fluid-Struktur-Kopplung zwischen Fasersträngen und Schmelze sowie die Berechnung von Verzug aufgrund von Schwindung und thermischer Dehnung. Ergänzt wird dies durch eine empirische Modellierung der Anhaftung zwischen Wickelsträngen und umspritzender Matrix. Abschließend werden die entwickelten Methoden anhand von Demonstratoren verschiedener Komplexitätsstufen validiert und bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen