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Projekt
Methodenentwicklung zur multikriteriellen Optimierung einer Prozesskette zur Herstellung hybrider Leichtbaukomponenten
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558607696
Untersuchungsgegenstand des Projektes soll eine vierstufige Prozesskette zur Herstellung eines Leichtbauhelmes aus einer Al/Mg/Al Sandwichstruktur mit gezielt einstellbaren Eigenschaften sein. Die in technologischen Grenzen einstellbaren Eigenschaften sind hierbei das Gewicht, die Steifigkeit, die Form- und Maßhaltigkeit sowie der resultierende CO2-Fußabdruck. Aus der Synergie der vollständigen Kopplung aller Prozessmodellierungen bei der Rückwärtsauslegung mit definierten Randbedingungen sollen bestmögliche Prozessrouten prognostiziert und unter Berücksichtigung von Unsicherheiten umgesetzt werden. Dabei sollen erforderliche (Soft-)sensoren sowie die mathematischen Methoden im Bereich der hybriden Prozessmodel-lierung und -optimierung sowie der Unsicherheitsquantifizierung bei den vorhandenen hochdimensionalen Parameterräumen erarbeitet werden. In der ersten Projektphase soll die Modellkopplung in Prozessdurchlaufrichtung, d.h. vorwärtsgerichtet, sowie deren Auswirkung auf die Aussagegenauigkeit für das finale Produkt erfolgen und durch experimentelle Untersuchungen verifiziert werden. Zunächst erfolgt eine hybride Modellbildung zwischen verallgemeinertem Schichtenmodell für das Walzplattieren und FE-Ansätzen für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte Platinenzuschnitt, Tiefziehen, Beschnitt und Lastprüfung. Hieraus soll ein für verkettete Prozesse verallgemeinerbares Datenmodell geschaffen werden, das den Austausch zwischen auch grundsätzlich verschiedenen Modellansätzen gestattet. Basierend auf diesen Modellen erfolgt die Rückwärtsauslegung bzw. Optimierung der gesamte Prozesskette als wesentliches Teilziel des Gesamtprojekts. Die Optimierung soll zunächst auf Basis der MOR-optimierten Simulationsmodelle und unter Berücksichtigung der Modellunsicherheiten Pareto-optimiert werden, um im post-processing für skalare, wichtungsbasierte Zielfunktionen Lösungen auszuwählen. Des Weiteren soll hier die methodische Bewertung des Optimierungsergebnisses basierend auf einer ganzheitlichen und einer kaskadierten Prozesskettenbetrachtung erfolgen. Die Prozesskette soll durchgehend mit in situ (inline) und ex situ Sensorik versehen werden. Neben den typischen Messgrößen der Teilprozesse sollen indirekt Daten erhoben werden, wie beispielsweise Temperaturen im Schichtenverbund auf Basis von Oberflächenmessungen und die zugehörigen Schichtdicken zur Ableitung des verbleibenden Formänderungsvermögens. Die Unsicherheiten werden zum einen aus den Messdaten der Prozesssensorik über Versuchswiederholungen, zum anderen durch die numerische Prozesssimulation via Monte-Carlo Simulation ermittelt. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge entlang der Prozesskette und der Vielzahl an Einflussparametern wird ein vollständig neuer Ansatz verfolgt. Die Unsicherheitsbetrachtung erfolgt sowohl entlang des Graphen – dies ist vorwärts- wie rückwärtsgerichtet möglich – als auch via eines Monte-Carlo Ansatzes.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
