CONNTECT! Moldflow® User Meeting 2011 - Dienstag, 17. 05. - Mittwoch, 18. 05. 2011 Frankfurt

 

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Referenten

Daniel Kugele, Audi AG (D)

Dr. Camilo Cruz, Robert Bosch GmbH (D)

Dr.-Ing. Sarah Frauholz, Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG (D)

Nicola Pavan, HRSflow/INglass S.p.A. (I)

Dr. rer. nat. Andreas Wonisch, BASF SE (D)

Sebastian Hertle, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (D)

Markus Fornoff, Fraunhofer Institut LBF (D)

Assoz. Prof. Dr. Thomas Lucyshyn, Montanuniversität Leoben (A)

Florian Wittemann, KIT - Institut für Fahrzeugsystemtechnik (D)

Dr. Thomas Baranowski + Norbert Klar, Ford-Werke GmbH (D)

Dominik Frey, P&G Braun GmbH (D)

Stefan Niedrig + Uwe Schilling, Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG (D)

Dario Loaldi, Technical University of Denmark (DK)

Dr. Robert Wesenjak, e-Xstream engineering – MSC.Software GmbH (D) + Dr. Sebastian Mönnich, PEG GmbH (D)

 

Metallische Effektpigmente - Entwicklung einer Methodik zur Vorhersage optischer Fehlstellen

Durch den Einsatz von metallischen Effektpigmenten können thermoplastische Bauteile mit einer metallisch glänzenden Oberfläche im Spritzgießverfahren hergestellt werden. Die Verwendung solcher Materialien im Fahrzeug-Exterieur bietet - durch den Entfall der Lackierung - ein großes Kostenpotential. Durch die sich einstellende Orientierung der metallischen Effektpigmente während des Herstellprozesses können, bei inhomogener Pigmentorientierung, optische Fehlstellen auf der Bauteiloberfläche entstehen. Die Herausforderung der Bauteilentwicklung und Werkzeugauslegung ist folglich die Sicherstellung eines fertigungsgerechten Bauteildesigns bereits in der frühen Phase des Fahrzeugentwicklungsprozesses. Die AUDI AG entwickelt gemeinsam mit der PEG GmbH eine Methodik zur Vorhersage optischer Fehlstellen. Im Rahmen des Vortrags wird die grundsätzliche Problematik anhand von experimentellen Untersuchungen dargestellt und die Vorgehensweise zur simulativen Analyse optischer Fehlstellen erläutert. Anhand von Beispielen wird die aktuell erreichbare Prognosegüte und mögliche Entwicklungspotentiale diskutiert.

 

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Daniel Kugele, Audi AG (D)

Daniel Kugele studierte Maschinenbau mit Schwerpunkt Fahrzeugleichtbau, Faserverbundwerkstoffe und Polymerengineering am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), wo er nach seinem Diplom weiter als wissenschaftlicher Mitarbeiter die Leitung eines Kooperationsprojektes zwischen KIT, AUDI AG und Fraunhofer ICT zum Thema thermoplastische Faserverbundkunststoffe.

Im Februar 2017 wechselte er zur AUDI AG und ist dort in der Abteilung für fertigungsgerechte Bauteilebeeinflussung tätig.

 

Vorhersage des Mikrostukturgefüges von Bindenähten in kurzfaserverstärkten Spritzguss-Bauteilen

Die mechanische Auslegung von kurzfaserverstärkten Thermoplasten erfordert die Berücksichtigung der besonderen mechanischen Eigenschaften der Bindenähte, die je nach Werkstoff, Verarbeitungsbedingungen und Anwendung zu kritischen Stellen des Spritzgussteils werden können.

Ein gängiger Ansatz für die mechanische Simulation für kurzfaserverstärkten Spritzgussbauteilen ist die analytische Homogenisierung. Bei diesem Modellierungsansatz sind die mechanischen Eigenschaften der konstitutiven Phasen und die Faser-Mikrostrukturinformationen (Aspekt-Ratio, Anteil und Orientierung) die Inputs für die Berechnung anisotroper mechanischer Eigenschaften auf der Makroskala und die Lösung des mechanischen Verhaltens eines komplexen Teils, z.B. durch eine FE-Analyse. In diesem Zusammenhang ist die Genauigkeit der Vorhersage der anisotropen mechanischen Eigenschaften in der Umgebung der Bindenähte stark von der korrekten Beschreibung der Information zum Mikrogefüge der Faser im Bindenahtbereich abhängig. Wir präsentieren in dieser Arbeit eine umfassende Charakterisierung der Faserorientierung und des Fasergehalts in frontalen und fließenden Bindenähten, die durch Spritzgießen von kurzglasfaserverstärktem PBT hergestellt werden. Gleichzeitig vergleichen wir die gemessene Faserorientierung in der Nähe der Bindenähte mit der in Moldflow vorhergesagten Faserorientierung und diskutieren den aktuellen Stand der Vorhersagegenauigkeit und die offenen Herausforderungen in Bezug auf die Vorhersage von Faser-Mikrostrukturinformationen an den Bindenähten.

 

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Dr. Camilo Cruz, Robert Bosch GmbH (D)

Camilo Cruz erhielt seinen Doktortitel in Mechanik und Material. Er ist ein Chemie-Ingenieur mit Forschungshintergrund in Materialwissenschaften und ist hier spezialisiert auf Polymere und komplexe Flüssigkeiten (Charakterisierung und Transformationsprozesse). Interdisziplinäre und fachübergreifenden Kompetenzen, von Experimenten bis zur Simulation, Teamarbeit und internationale Mobilität.

Seit 2011 arbeitet er für die Robert Bosch GmbH als wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung 'Design of Plastics Components. In diesem Job ist er Standort übergreifend verantwortlich für das Management von Prozess-Simulation in verschiedenen Forschungsprojekten der Robert Bosch GmbH.

 

Simulation von glasfaserverstärkten Bauteilen in der Automobilbranche - Ein Erfahrungsbericht

Der Einsatz von glasfaserverstärkten Kunststoffen ist für viele Bauteile in der Automobilbranche Standard. Durch den Glasfaseranteil wird die mechanische Festigkeit der Bauteile deutlich erhöht. Dabei sind die lokalen mechanischen Eigenschaften des Bauteils jedoch stark von der lokalen Glasfaserorientierung abhängig. Während der gesamten Produktentwicklung werden glasfaserverstärkte Bauteile mittels Moldflow simuliert um frühzeitig Aussagen über die Qualität zu erhalten. Auch wird die von Moldflow berechnete Faserorientierung für anschließende mechanische Festikeitsberechnungen genutzt. Daher ist die Genauigkeit der berechneten Faserverteilung essentiell. Moldflow bietet hierfür verschiedene Modelle, die mittels Modellparametern optimal angepasst werden können. Dabei ist auch der Vergleich zwischen Praxis und Simulation ein wichtiger Bestandteil um die Ergebnisse zu verfizieren.

 

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Dr.-Ing. Sarah Frauholz, Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG (D)

Dr.-Ing. Sarah Frauholz studierte Computational Engineering Science an der RWTH Aachen. Anschließend arbeitete sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Computer-gestützte Analyse technischer Systeme (RWTH Aachen) und promovierte zum Thema numerische Simulation von Hyperschall-Strömungen.

Seit 2015 ist sie als Berechnungsingenieurin im Bereich Moldflow bei Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG tätig. Im Mai 2017 absolvierte sie erfolgreich die Autodesk Moldflow Insight Expert Level Zertifizierung.

 

Einfluss der Werkzeugbiegung auf die Bauteilverformung: Ein Forschungsfall

Simulationswerkzeuge werden in den letzten zehn Jahren immer beliebter und sind sogar ein notwendiges Werkzeug für jede Art von Produktentwicklung geworden. Benutzerfreundlichkeit und automatisierte Diagnose gehören zu den wichtigen Punkten, um Ergebnisse leichter zu verstehen und zu verwenden. Dennoch, ein erfolgreicher Simulationsansatz darf nicht vergessen lassen, den tatsächlichen Grad der Annäherung an die Realität zu berücksichtigen. In diesem Vortrag wurde der Formprozess einer Frontlinse aus Polycarbonat untersucht, indem das Werkzeug mit Druck- und Positionssensoren ausgestattet wurde. Der Test wurde dann mit Hilfe eines anderen Simulationsmodells repliziert und mit der realen Messung verglichen, um eine Korrelation zwischen Werkzeuginnendruck, Werkzeugbiegung und Bauteilverformung herzustellen.

 

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Nicola Pavan, HRSflow/INglass S.p.A. (I)

Nicola Pavan hat einen Masterabschluss in Maschinenbau von der Universität Padova, Italien, mit Spezialisierung auf Maschinenbau und Fluiddynamik.

Er verfügt über umfangreiche Erfahrungen in den Bereichen Simulationen, numerische Berechnungen, mathematische Modellierung und Optimierungstechniken mit einem starken Fokus auf Kunststoffspritzgussverfahren und -materialien. Derzeit ist er CAE Manager bei INglass, mit Sitz in San Polo di Piave, Italien, und Mitglied des Innovationsteams. Er ist verantwortlich für die Leitung des weltweiten CAE-Teams, das zur technologischen Innovation von HRSflow beiträgt.

 

Thermomechanische Simulation mit Moldflow & Ultrasim

Fasergefüllte Kunststoffe verhalten sich thermomechanisch sehr komplex. Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen werden stark von der Temperatur bestimmt. So nimmt mit zunehmender Temperatur z.B. die Steifigkeit ab aber die Bruchdehnung zu. Auch dehnen sich Kunststoffe mit zunehmender Temperatur aus, was bei Bauteilen zu Dimensionsänderungen und zu thermischen Verzug führen kann. Dieser thermischer Verzug hängt von der lokalen Temperatur und Faserorientierung im Bauteil ab. Insbesondere bei E&E-Bauteilen mit integrierten Schaltelementen ist dies sehr kritisch. Die hochsensible Elektronik darf keinen Schaden nehmen. Eine exakte Vorhersage der thermischen Verformung ist deshalb sehr wichtig. In diesem Vortrag wird ein Verfahren vorgestellt, dass die Simulation des Herstellungsprozesses mittels Moldflow beschreibt und die Faserorientierung und Eigenspannung berechnet. Die thermische Verformung wird im Anschluss mit einem FE-Simulationsprogramm simuliert, wobei die BASF-eigene Materialmodellierungs-Software Ultrasim zum Einsatz kommt.

 

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Dr. rer. nat. Andreas Wonisch, BASF SE (D)

Dr. Wonisch hat Physik an der Universität Bielefeld studiert. Nach seinem Diplom am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg promovierte er auf dem Gebiet der netzfreien Simulation von granularen Medien und komplexen Flüssigkeiten und hat für diese Arbeit 2009 den Werkstoffmechanik-Preis der Plansee Mitsubishi Group erhalten. Bis 2011 war er noch wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWM und ist seither für die BASF SE mit den Schwerpunkten auf rheologischem Verhalten von technischen Kunststoffen, numerischer Optimierung und Modellentwicklung tätig. Hier übernahm er in 2015 die Position als Team Leader Process Analysis.

 

Berücksichtigung des Druckniveaus bei der Viskositätsermittlung im Hochdruckkapillarrheometer

Die Kenntnis über das Fließverhalten von Kunststoffformassen nimmt eine zentrale und tragende Rolle in Kunststoffverarbeitungsprozessen ein, um die Verarbeitung und Wahl geeigneter Prozesseinstellungen zu ermöglichen. Dies gilt nicht nur für die Wahl der Verarbeitungsparameter, sondern insbesondere auch für eine simulative Auslegung von Spritzgießwerkzeugen und –prozessen bei gleichzeitig möglichst hoher Genauigkeit. Ein wesentlicher, aber derzeit nur in wenigen Fällen berücksichtigter und integrierter Aspekt stellt hier der Einfluss des Druckniveaus auf die lokale Viskosität der Kunststoffschmelze dar. Beim Kunststoffspritzguss sind hohe Druckdifferenzen notwendig, um eine ausreichende Fließfähigkeit des Materials zu erreichen. Die daraus resultierende werkstoff-, geometrie- und prozessabhängige Kompression kann lokal oder global zu einer starken Zunahme der Viskosität bis hin zur Kristallisation und Verfestigung führen.

In diesem Beitrag soll die experimentelle Analysemethode zur Ermittlung druckniveauabhängiger Viskositätskennwerte in einem Hochdruckkapillarrheometer vorgestellt und an Beispielen verbildlicht werden. Neben der Ermittlung der Viskosität in Abhängigkeit des Druckniveaus mit Hilfe einer Gegendruckkammer, steht insbesondere eine druckgeregelte Ermittlung und Messung der schergeschwindigkeits- und kompressionsabhängigen Viskosität mit einem neuartigen Prüfgerät im Vordergrund. Hierzu werden unter anderem auch die in den Messungen auftretenden Druckniveaus in den Prüfkammern sowie dem Einlauf- und Austrittsbereich der Kapillare thematisiert und diskutiert. Die ermittelten Viskositätskennwerte zeigen die hohe Abhängigkeit der Viskosität vom Druckniveau, welches wiederum stark von der vorliegenden Fließgeschwindigkeit abhängt. Dies führt potentiell bis hin zur Verfestigung und unterstreicht damit die Notwendigkeit, dass dieser Aspekt bei der Kennwertermittlung, insbesondere aber auch bei der Simulation, nicht vernachlässigt werden darf.

 

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Sebastian Hertle, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (D)

Sebastian Hertle studierte Maschinenbau an der RWTH Aachen, wo er 2014 seinen M.Sc. erlangte. Seither ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Kunststofftechnik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

 

Berücksichtigung der Faserorientierung von Formelementen in Struktursimulationen

Herstellungsbedingt weisen kurzglasfaserverstärkte, thermoplastische Spritzgussformteile ein lokal unterschiedliches anisotropes Bauteilverhalten auf. Hierbei zeigen typische Formelemente wie Rippen und Schraubdome oder signifikante Bereiche, bspw. flächige Bauteilabschnitte teils gänzlich unterschiedliche Orientierungsverteilungen auf. Für eine adäquate Vorhersage des Bauteilverhaltens ist es notwendig, die Faserorientierung in diesen Bereichen zu kennen und diese mit geeigneten Modellierungsansätzen in der Struktursimulation zu beschreiben.

Ein neuartiges Versuchswerkzeug ermöglicht die gezielte Untersuchung der Faserorientierung der genannten Bauteilabschnitte. Neben der Variation der Formelemente kann hierbei einerseits die Ausprägung der Formelemente und zudem der Anströmwinkel gezielt untersucht werden. Erlangte Erkenntnisse werden zur Validierung und Kalibrierung der Spritzgusssimulation und zu nachfolgenden Materialmodellierung in der Struktursimulation herangezogen.

 

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Markus Fornoff, Fraunhofer Institut LBF (D)

Markus Fornoff studierte Kunststofftechnik an der Hochschule in Darmstadt, an der er seine Masterarbeit zum Thema „Vorhersage von Schwindungs- und Verzugserscheinungen sowie der Anbindungsqualität bei organoblechverstärkten Hybridbauteilen“ schrieb.

Während des Studiums war er schon in Teilzeit am Fraunhofer Institut LBF tätig und begann dort nach seinem Studienabschluss als M. Eng. of Plastics Engineering als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich Kunststoffe mit dem Schwerpunkt auf Berechnungsstrategien für kurzglasfaserverstärkte Spritzgussformteile.

 

Numerische und experimentelle Untersuchungen des Pulverspritzgießprozesses

Pulverspritzguss (powder injection molding - PIM) ist ein etablierter Prozess für die Herstellung von gesinterten Keramik- oder Metallbauteilen. Keramik- oder Metallpulver wird mit einem thermoplastischen Bindersystem gemischt, woraus ein fließfähiger feedstock entsteht, welcher auf einer Spritzgießmaschine verarbeitet werden kann. Nach dem Spritzgießen wird der Binder entfernt und das Bauteil gesintert. Die finale Bauteilqualität wird stark vom Spritzgießprozess beeinflusst. Im Speziellen tritt oft eine Phasentrennung zwischen Binder und Pulver auf, was letztendlich in Bereichen höherer Binderkonzentration zu Lunkern führen kann. Darüber hinaus zeigen PIM feedstocks spezielle Fließphänomene wie Fließgrenzen oder Wandgleiteffekte.

In dieser Untersuchung wurde das PIM-Modul von Autodesk Moldlfow Insight (AMI) verwendet, um den PIM-Prozes für einen metallischen Zugprüfstab zu simulieren. Ausgewählte Prozessbedingungen und Bauteileigenschaften wurden experimentell gemessen und mit Simulationsergebnissen verglichen. Die Viskosität zeigte eine Fließgrenze, die mit dem Cross-WLF Ansatz mit Herschel-Bulkley Erweiterung beschrieben wurde. Da dieses Materialmodell in der Standard-Software nicht vorhanden ist, wurde sie mit Hilfe der Application Programming Interface (API) Option in AMI implementiert. Eine Füllstudie wurde experimentell durchgeführt und die Form der Fließfront mit Simulationsergebnissen verglichen. Die experimentell beobachteten Freistrahlphänomene konnten mit AMI leider nicht gut abgebildet werden, und auch die Druckvorhersage wich deutlich von den experimentellen Werten ab. Die genauen Ursachen dafür sind noch nicht klar, aber es scheint, dass das komplexe rheologische Verhalten von Metallfeedstocks noch nicht vollständig verstanden und adäquat beschreiben ist. Die Pulvervolumenkonzentration wurde auf Basis des in AMI implementierten so genannten "Suspension Balance Models" (SBM) simuliert. An ausgewählten Stellen der realen Spritzteile wurde die Pulvervolumenkonzentration mit Hilfe der thermogravimetrischen Analyse (TGA) untersucht. Die simulierten Ergebnisse zeigten relativ gute Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Werten.

 

 

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Assoz. Prof. Dr. Thomas Lucyshyn, Montanuniversität Leoben (A)

Assoz. Prof. Dr. Thomas Lucyshyn studierte Kunststofftechnik an der Montanuniversität Leoben (A) mit Schwerpunkt Kunststoffverarbeitung. Nach dem Diplomstudium promovierte er im Jahr 2009 am Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung mit der Thematik prozessnahe pvT-Messung und deren Auswirkung auf die Spritzgieß-Simulation mit Moldflow. Seit 2010 ist er Leiter des Arbeitsbereichs Spritzgießen am Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung in Leoben und habilitierte sich 2016 für das Fach Kunststoffverarbeitung. Seine Habilitationsschrift hatte den Schwerpunkt Spritzgießen mit speziellem Fokus auf das Werkzeug. Zurzeit ist er assoziierter Professor für Kunststoffverarbeitung am gleichnamigen Lehrstuhl an der Montanuniversität Leoben und Leiter der Arbeitsbereiche Spritzgießen und Compoundieren. Er begann bereits 1998 mit Moldflow zu arbeiten und hat somit bald 20 Jahre Erfahrung in der Anwendung von Moldflow, die er auch in einer eigenen Lehrveranstaltung an Studierende weitergibt. Ein spezieller Fokus der wissenschaftlichen Arbeiten mit Moldflow ist hierbei der Zusammenhang zwischen Materialdaten und Simulationsergebnissen.

 

Simulation der Einlegerdeformation für duromere Werkstoffe

Das Spritzgießen von Duromeren ist eines der wichtigsten Verfahren zur Verarbeitung duroplasti-scher Werkstoffe. Um qualitativ hochwertige Teile fertigen zu können und somit die Standards der Automobilindustrie zu erfüllen, aber gleichzeitig einen großserienfähigen Fertigungsprozess zu haben, müssen optimale Prozessparameter gefunden werden. Diese Prozessparameter und Rand-bedingungen werden mithilfe von gezielter Prozesssimulation bestimmt.

Beim Umspritzen von Einlegerteilen (z.B. Elektronikkomponenten) ist eine korrekte Werkstoffmo-dellierung essentiell, um die Kräfte auf die Einleger korrekt zu bestimmen, was eine frühestmögliche Schädigungsprognose ermöglicht.

Diese Präsentation stellt eine Möglichkeit vor, die Deformation von Einlegern während der Form-füllung auch für duroplastische Werkstoffe zu simulieren. Hierzu wird das reaktive Polymer als Thermoplast simuliert, wo eine Deformationsberechnung standardmäßig vorgesehen ist. Zur Be-achtung der charakteristischen Eigenschaften duromerer Werkstoffe werden werkstoffspezifische Viskositäts- und Aushärtungskinetikmodelle über die Solver-API implementiert.

 

 

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Florian Wittemann, KIT - Institut für Fahrzeugsystemtechnik (D)

Florian Wittemann hat Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) studiert und dort im September 2016 auch seinen Master of Science im Bereich „Werkstoffe und Strukturen für Hochleistungssysteme“ bekommen. Nach seinem Abschluss war Florian Wittemann ein halbes Jahr als wissenschaftliche Hilfskraft am KIT - Institut für Fahrzeugsystemtechnik, Teilinstitut für Leicht-bautechnologie tätig. An diesem Institut promoviert er seit März 2017 auch im Bereich der Duro-merspritzgusssimulation.

 

Simulation des Schaumspritzgießens – Von der Forschung zur Produktentwicklung

Beim Spritzgießen von Sichtteilen im Innenraum eines Automobils bietet das Schaumspritzguss-Verfahren diverse Vorteile wie Gewichtsersparnis, geringerer Verzug, weniger Einfallstellen, geringerer Spritzdruck und kürzere Zykluszeiten. Dieses Verfahren kann auch in Moldflow dargestellt werden.

Zur Beurteilung der Simulationsergebnisse wurde am Ford Research & Innovation Center Aachen ein Musterwerkzeug entwickelt. Die Produktion mit verschiedenen Polymeren, chemischen Treibmitteln und unterschiedlichen Treibmittelkonzentrationen wurde simuliert und im Experiment anhand der Musterbauteile verifiziert.

So konnten die sich ergebenden Einfallstellen qualitativ gut vorhergesagt werden, jedoch lag das quantitative Berechnungsergebnis meistens zu hoch. Auch der Einfluss der Treibmittelkonzentration auf die Einfallstellen konnte nicht immer korrekt berechnet werden.

Die Simulationsergebnisse hängen in hohem Maße von den Aufschäumparametern ab, die anhand der Musterbauteile im zweiten Schritt angepasst wurden und das Ergebnis wesentlich verbesserten.

Im letzten Schritt wurde an einer Heckklappenverkleidung der reale und der simulierte Spritzgießprozess sowohl kompakt als auch mit Core-Back-CFA analysiert. Mit den anhand des Musterwerkzeugs ermittelten Parametern konnten die Materialersparnis und die Einfallstellen sehr genau vorhersagt werden. Das beschriebene Vorgehen findet aktuell Anwendung bei der Entwicklung verschiedener geschäumter Innenraumverkleidungen im Hause Ford.

 

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Dr. Thomas Baranowski, Ford-Werke GmbH (D)

Thomas Baranowski studierte Maschinenbau an der RWTH Aachen von 2001 bis 2006 mit der Vertiefungsrichtung Kunststofftechnik.

Nach seinem Diplom war er von 2006 bis 2011 am Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen als wiss. Mitarbeiter verantwortlich für die Leitung der Arbeitsgruppe „Spritzgießen / Werkzeugauslegung/CAE“. Er promovierte 2012 zum Thema „Simulation der Kristallisation von Polypropylen in spritzgegossenen Kunststoffbauteilen“.

Seit 2011 betreut er am Ford Research & Innovation Center Aachen die Forschungsaktivitäten im Bereich des Spritzgießens, der Spritzgießsimulation und der Additiven Fertigung im Team „Vehicle Interior Technologies“.

 

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Norbert Klar, Ford-Werke GmbH (D)

Norbert Klar studierte Maschinenbau an der RWTH Aachen von 1990 bis 1998 mit der Vertiefungsrichtung Kunststofftechnik.

Des Weiteren absolvierte er von 2004 bis 2006 ein MBA-Studium mit dem Schwerpunkt Marketing am Rhein-Ahr Campus in Koblenz.

Nach seinem Diplom war er von 1998 bis 2000 bei der Firma Bertrand als CAD/CAE Ingenieur an der Entwicklung und Simulation von Fahrzeugkomponenten beteiligt. Von 2000 bis 2004 war er bei der Firma Visteon als Entwicklungsingenieur für Klimatisierungssysteme tätig.

Seit 2004 ist er bei der Firma Ford als Design und Release Ingenieur verantwortlich für die Entwicklung von Kunststoffbauteilen im Fahrzeuginnenraum. Im Rahmen dieser Tätigkeit beschäftigt er sich seit 2009 mit der Prozesssimulation des Spritzgießens im Bereich Interior. Seit 2016 koordiniert er die komplette Spritzgießsimulation für Ford im Entwicklungszentrum in Köln.

 

 

Automatisierung und Standardisierung der Simulationsabläufe bei P&G durch API-Nutzung

Bei Procter & Gamble (P&G) setzt die Prozessentwicklung für Kunststoffteile am Campus Kronberg über die gesamte Entwicklungskette Moldflow für Spritzgußsimulationen ein. Zur Standardisierung und Rationalisierung der Berichtserstellung hat man entschieden, die Programmierschnittstelle der Software (API) zu nutzen. Hierfür wurde von MF-Software eine Applikation entwickelt, die basierend auf den Vorgaben von P&G einen konfigurierbaren Simulationsbericht erstellt. In Moldflow hinterlegte Informationen und Berechnungsergebnisse sowie Ergebnisplots werden zur Verwendung im Bericht automatisiert ausgelesen. In demVortrag wird der Entwicklungsprozess von Kunststoffteilen bei P&G vorgestellt und auf die Möglichkeiten der API Nutzung eingegangen.

 

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Dominik Frey, P&G Braun GmbH (D)

Dominik Frey hat an der Fachhochschule Würzburg Kunststoff- und Elastomertechnik studiert. Seit 2013 ist er bei Procter und Gamble als Prozess Ingenieur tätig. Hier hat er diverse Oral-B Projekte vom ersten Designentwurf bis zur Serienproduktion begleitet. Seine Hauptaufgaben liegen in der Optimierung von Kuststoffteilen und der Entwicklung von Spitzgießprozessen. Hierbei wird Moldflow als Hilfsmittel eingesetzt.

 

Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Bindenahtfestigkeit und deren Berechnung in FE-Simulationen

Bindenähte sind lokale Schwachstellen in strukturmechanischen Bauteilen. Demensprechend ist das Wissen über deren mechanische Kennwerte und simulative Modellierung ein wichtiges Instrument, um validere Aussagen in der frühen Entwicklungsphase zu treffen.

Innerhalb der vorliegenden Studie wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, inwiefern die mechanischen Kennwerte mittels der Variation von Prozessparametern beeinflusst werden können. Dazu wurden mit Hilfe eines Probekörperwerkzeugs, Prüfkörper unter unterschiedlichen Prozessbedingungen und unter Einsatz verschiedener Materialien gefertigt. Die im Anschluss durchgeführten quasistatischen Zug - und Biegeprüfungen wurden verwendet, um Signifikanzen einzelner Prozessparameter zu identifizieren.

Im Anschluss wurden die erhobenen Werte verwendet, um diese als Inputparameter für die Simulation zu berücksichtigen. Innerhalb der Spritzgusssimulation in Autodesk Moldflow, ergab sich vorab die Notwendigkeit einer Optimierung des vorliegenden Bindenahtergebnisse „Weld Line Surface Formation“, da ein Export des nativ berechneten Ergebnisses, hier nicht den qualitativen Anforderungen entsprach. Dementsprechend wurde das Ergebnis per API – Programmierung in Autodesk Moldflow optimiert.

Im folgenden Schritt wurde ein Mapping Tool verwendet, das einen Übertrag der berechneten Bindenahtposition, sowie der Faserorientierung in die Strukturmechanik ermöglicht. Hier sollte evaluiert werden, inwiefern ein Bindenahtversagen am Bauteil simulativ besser berechnet werden kann.

 

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Stefan Niedrig, Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG (D)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Uwe Schilling, Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. KG (D)

 

 

 

 

 

 

 

 

Qualitätsoptimierung von Mikrobauteilen durch Prozesssimulation des Mikrospritzgusses

Das Mikrospritzgießen stellt derzeit die beste Lösung für die Herstellung komplexer und präziser Mikro-Kunststoffteile dar. Wie beim konventionellen Spritzgießen können sich Prozesssimulationen des Mikrospritzgießens bei der Konstruktion von Werkzeug, Teilen und Prozessen als nützlich erweisen. Die Mikroskala der Mikroprodukte stellt jedoch sowohl hinsichtlich der Validierung als auch der Genauigkeit der Simulationen eine große Herausforderung dar.

In dieser Präsentation werden zwei Fallstudien vorgestellt.

Die erste beschäftigte sich mit dem Mikrospritzgießen von Mikroringen aus thermoplastischem Elastomer für die Sensorik. In diesem Fall wurden Prozesssimulationen mit dem Ziel eingesetzt, die Auswirkungen von Prozessabweichungen auf die Maßhaltigkeit des Bauteils vorherzusagen. Eine experimentelle Kampagne wurde durchgeführt, um das Modell innerhalb des ausgewählten Prozessfensters zu kalibrieren und zu validieren. Zum Vergleich wurden optische Messungen an realen Bauteilen verwendet. Zum Abschluss der Studie wurde eine virtuelle Optimierung durchgeführt.

Die zweite Fallstudie basierte auf dem Mikrospritzgießen eines ultra-kleinen POM-Bauteils für medizinische Anwendungen. Ziel war es, mit Hilfe von Prozesssimulationen vorherzusagen, wie sich die Größe des Grats, der sich auf die Bauteilqualität auswirkt, durch der Spritzgießprozessparameter beeinflusst wird. Der Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen hat gezeigt, dass Simulationen als Optimierungswerkzeug eingesetzt werden können, obwohl eine Überschätzung der realen Größe des Grat beobachtet wurde.

 

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Dario Loaldi, Technical University of Denmark (DK)

Dario Loaldi studierte Maschinenbau am Politecnico di Milano (IT). Nach einem allgemeinen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau spezialisierte er sich während seines Masterstudiums auf "Innovative Materrialien und Fertigungsverfahren". Während dieses zweijährigen Programms verbrachte er ein Semester an der RWTH (DE) im Rahmen des Erasmus+ Programms und beendete seinen Master an der Technischen Universität von Dänemark, DTU (DK), wo er eine Diplomarbeit über die messtechnische Charakterisierung von spritzgegossenen Mikropolymer Fresneloberflächen schrieb. Derzeit arbeitet er an einem Forschungsprojekt an der DTU (DK) auf dem Gebiet der Replikation von Mikro- und Nanostrukturen. Sein Schwerpunkt liegt auf der Implementierung und Validierung von Prozessketten zur Integration von Mikro-/Nanostrukturen auf Consumer-Polymerprodukten. Er verwendet Moldflow, um einen digitalen Zwilling für die Mikro-Nano-Replikation zu entwickeln.

 

Integrative Simulation - Vorteile durch den gekoppelten Einsatz von Moldflow und Digimat

Der Einsatz kurzfaserverstärkter Materialien zur Substitution von metallischen Werkstoffen für strukturmechanische und auch sicherheitsrelevante Bauteile, die im Spritzgießverfahren hergestellt werden, steigt stetig an. Um diesen neuen Herausforderungen Rechnung zu tragen und dem Teilekonstrukteur in der Auslegungsphase Sicherheit zu geben, bietet sich die integrative Simulation an. Hierbei werden die im Spritzgießprozess entstehenden strukturellen Eigenschaften und prozesstypischen Besonderheiten (Faserorientierung, Bindenähte, etc.) aus der Spritzgießsimulation in die FEM übertragen.

Zur Verdeutlichung der Vorteile einer gekoppelten Simulationsstrategie, wird anhand eines einfachen Beispielbauteils der klassische und integrative Berechnungsansatz gegenübergestellt.

Die genaue Vorhersage der thermo-mechanischen Eigenschaften von kurzfaserverstärkten thermoplastischen Werkstoffen erfordert spezielle Modellierungsstrategien. Die größte Herausforderung besteht darin, die Abhängigkeit der Steifigkeit und Festigkeit von verschiedenen Faktoren wie Faserorientierung, Dehnrate, Temperatur etc. genau zu berechnen. Darüber hinaus variiert auch die Bruchdehnung der Werkstoffe nichtlinear mit diesen Faktoren. Es werden wichtige nichtlineare Effekte beobachtet, deren Intensität von der Art des thermoplastischen Werkstoffes (Polyamid, Polypropylen, etc.) abhängt.

Digimat bietet eine Mehrskalen-Materialmodellierungsstrategie, um die oben genannten Abhängigkeiten von Steifigkeit und Festigkeit zu berücksichtigen und eine genaue Vorhersage des Versagens zu ermöglichen. Um den Einsatz von Digimat zu vereinfachen, wurde Digimat-RP entwickelt. Digimat-RP vereint alle Digimat-Technologien zur genauen Vorhersage der thermo-mechanischen Eigenschaften von Strukturbauteilen in einer benutzerfreundlichen grafischen Oberfläche.

Es wird gezeigt, wie die integrative Simulation mithilfe von Digimat bei der Firma PEG umgesetzt wird, welche Strategien bei der Materialmodellierung zum Einsatz kommen und welche Annahmen bei zeitkritischen Projekten getroffen werden können. Abschließend werden die Ergebnisse der Untersuchung gegenübergestellt und bewertet.

 

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Dr. Robert Wesenjak, e-Xstream engineering – MSC.Software GmbH (D)

Robert Wesenjak hat an der TU München Maschinenbau studiert. Anschließend hat er sich als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Werkstoffmechanik der TUM mit dem mechanischen Verhalten und der Schädigung von Dualphasen Stählen beschäftigt. Nach seiner Promotion hat er sich bei der TWT-GmbH mit Fragestellungen im Bereich Fahrwerkdynamik auseinandergesetzt. Seit August 2017 ist er bei e-Xstream engineering als Application Engineer im Bereich Kundenservice und technischen Support für die Software Digimat tätig.

 

 

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Dr. Sebastian Mönnich, PEG GmbH (D)

Sebastian Mönnich studierte bis 2009 Allgemeiner Maschinenbau an der TU Darmstadt.

Von 2009 bis 2012 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Kunststoff-Institut und übernahm in 2012 die Leitung der Gruppe „Mechanik und Simulation“ am Fraunhofer LBF.

Dezember 2015 promovierte er an der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg.

Seit 2017 ist er bei der PEG GmbH als Leiter des Teams für Strukturprozesssimulationen tätig.