Auch zum diesjährigen IKV-Kolloquium werden wiederum rund 800 Teilnehmer erwartet.

Auch zum diesjährigen IKV-Kolloquium werden wiederum rund 800 Teilnehmer erwartet. (Bildquelle: IKV/Fröls)

„Nachwuchs, Netzwerk, Innovationen“ ist das Leitmotiv des IKV-Kolloquiums. Die wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des IKV referieren in 36 Vorträgen über die aktuelle Forschung am IKV. 18 Keynote-Vorträge von Experten aus der Industrie nehmen eine Positionierung der Forschungsergebnisse vor. Fünf Plenarvorträge aus Industrie und Forschung greifen aktuelle Branchenthemen auf.

Selbstregulierte Fertigung von FVK-Bauteilen

Intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem | (Bildquelle: IKV, AZL, Apodius, Schuler)

Intelligentes und selbstregulierendes Produktionssystem (Bildquelle: IKV, AZL, Apodius, Schuler)

Unter dem Programmpunkt „360° – Forschung live“ erläutern die IKV-Wissenschaftler ihre Forschung an den laufenden Anlagen in den Technika des IKV. Vorgestellt wird unter anderem das Projekt iComposite zur wirtschaftlichen Produktion von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK). Der neue Ansatz basiert auf dem am IKV entwickelten 3D-Faserspritzprozess. Dabei werden Faser-Rovings automatisch mit hohem Massedurchsatz auf eine gewünschte Faserlänge geschnitten und orientiert auf ein Ablagewerkzeug appliziert. Das Verfahren bietet also die Möglichkeit, einen endkonturnahen Preform herzustellen, und zwar ohne Verschnitt teurer Faserhalbzeuge und aufwendige Drapiervorgänge. Um Bauteil-Schwankungen auszugleichen, die verfahrensbedingt durch Schwankungen in der Faserorientierung und den Faserflächengewicht entstehen können, wurde das 3D-Faserspritzen in ein selbstregulierendes Produktionssystem integriert. Das heißt, der Prozess wird inline überwacht, und Schwankungen in der Faserorientierung und Faserverteilung werden automatisch durch lokale Endlosfaser-Verstärkungen kompensiert. Die so entstehenden variierenden Halbzeuge durchlaufen anschließend einen (adaptiven) RTM-Prozess, bei dem die Imprägnierparameter individuell angepasst werden. Auf diese Weise erhält man baugleiche Teile. Bei iComposite 4.0 handelt es sich gemäß IKV um nichts weniger als einen Paradigmenwechsel: Die gängige toleranzgesteuerte Fertigung weicht einer Produktion, bei der sich die Produktfunktionen selbst regulieren und eine ausschuss- und verschnittfreie Bauteilfertigung sichergestellt wird. Kosteneinsparungen von bis zu 50 Prozent in der Serienfertigung sollen dadurch möglich sein.

Maschinelles Lernen beim Spritzgießen

Die Idee des maschinellen Lernens, das einen Prozess befähigt, sich selbst zu optimieren, krankt bisher an einem unbefriedigenden Aufwand-Nutzen-Verhältnis. Denn die eingesetzten Algorithmen, beispielsweise neuronale Netzwerke, müssen trainiert werden und die hierzu benötigten Daten in aufwendigen Spritzgieß-Versuchen ermittelt werden. Eine Alternative zu den realen Versuchen ist die numerische Simulation, durch die der Prozess automatisch die Zusammenhänge zwischen Einstellparametern und resultierenden Produkteigenschaften erlernt. Solche Simulationsmodelle weisen aber immer noch eine zu große Abweichung von den realen Daten auf. Das IKV testet nun einen neuen Ansatz für das maschinelle Lernen, bei dem Simulation und reale Versuchsdaten kombiniert werden. Dabei wird durch Simulation ein erstes Modell für die autonome Prozesseinrichtung erstellt. Dieses Modell, das die typischen Abweichungen aufweist, wird durch die Eingabe von experimentell, auf Basis von wenigen relevanten Qualitätsparametern ermittelten Daten optimiert. Auf diese Weise erhält man mit einer deutlich reduzierten Anzahl von Versuchen ein wirtschaftliches Instrument zur autonomen Prozessoptimierung.

Additive Fertigungszelle

Additive Fertigungszelle am IKV (Bildquelle: IKV/Fröls)

Additive Fertigungszelle am IKV (Bildquelle: IKV/Fröls)

Die Arbeitsgruppe zur additiven Fertigung des IKV präsentiert im Rahmen des Kolloquiums ihre selbstentwickelte Zelle für die hybride Fertigung, mit der sich Mehrkomponenten-Bauteile durch die automatische Kombination verschiedener Fertigungsverfahren effizient produzieren lassen. Der hybride Fertigungsansatz soll es ermöglichen, die Vorteile der generativen Fertigung – zum Beispiel hohe Gestaltungsfreiheit und Individualisierung – zu nutzen und gleichzeitig deren Nachteile – beispielsweise mäßige Oberflächenqualität, geringe Produktivität – durch die Kombination mit anderen, etwa spanenden Verfahren, zu minimieren. Die sequenzielle Verfahrens-Umstellung erfolgt über einen Antrieb mit automatischem Werkzeugwechsel-System. Derzeit liegt der Fokus auf einem schneckenbasierten, also plastifizierenden, additiven Verfahren, kombiniert mit einem subtraktiven Verfahren sowie der automatischen Positionierung von Einlegeteilen. Gemäß IKV konnte durch Einsatz des sogenannten Melt-Deposition-Modeling-Prozesses (MDM) der Materialaustrag gegenüber herkömmlichen additiven Verfahren wie etwa FDM (Fused Deposition Modeling) versiebenfacht werden. In Live-Demonstrationen werden den Kolloquiumbesuchern die Herstellung eines faserverstärkten Strukturbauteils sowie einer additiv gefertigten Leiterbahn aus hoch gefüllten Thermoplasten vorgeführt.

Licht ins Dunkel der kontinuierlichen Vulkanisation

Im Bereich Extrusion und Kautschuktechnologie gewährt das IKV den Kolloquium-Teilnehmern zudem einen Blick in die „Blackbox der kontinuierlichen Vukanisation“. Bisher lässt sich kontinuierliche Vulkanisation bei der Herstellung endloser Gummiprofile weder überwachen noch regeln. Während die Misch- und Extrusionsprozesse dank Inline-Sensorik relevante Daten liefern und es für die meisten Teilprozesse erprobte Modelle gibt, muss der Vulkanisationsprozess rein empirisch eingestellt werden. Die Vulkanisation unterbricht also den Prozessdatenfluss. Unter anderem durch den Einsatz des gemeinsam mit dem Industriepartner Gerlach Maschinenbau, Nettetal, entwickelten Heating Strategy Developer (Heatstrad), wollen die Forscher jetzt neue Prozessmodelle erstellen und validieren, mit denen letztendlich die Qualität von vulkanisierten Kautschukprodukten verbessert werden soll. Mit Heatstrad lässt sich ermitteln, welche Kombination von Energieübertragungsformen (IR, Heißluft, Mikrowelle) zu einer homogenen Aufheizung der Gummiprofile führt. Gleichzeitig testen die Aachener Spezialisten eine vom IKV zum Patent eingereichte Technologie, mit der sich der Vernetzungsgrad der vulkanisierten Profile inline messen lässt. Dies geschieht durch Analyse der Resonanzfrequenz des Profils, die unter isothermen Bedindungen gut mit dem Vernetzungsgrad korreliert. Die Daten sollen nicht nur der Qualitätsüberwachung dienen, sondern auch eine durchgehende Digitalisierung der Prozesskette ermöglichen.

Weitere Vorführungen in IKV-Technika beinhalten beispielsweise die Untersuchung des Ermüdungs- und Versagenverhaltens glasfaserverstärkter Kunststofffedern oder integrative Kunststofftechnik am Beispiel der Profilextrusion.

Industrieausstellung

Die Industrieausstellung im Foyer des Eurogress Aachen ist ein fester Bestandteil des IKV-Kolloquiums. Sie bietet Ausstellern die Möglichkeit, Lösungen für die Kunststoffbranche zu präsentieren und mit Industriepartnern und dem wissenschaftlichen Nachwuchs ins Gespräch zu kommen. Unter dem Link IKV-Kolloquium 2018 finden Sie unter anderem Produktberichte von Ausstellern.

 

Über uns

Über den Autor

Ralf Mayer

ist Chefredakteur Plastverarbeiter.

ralf.mayer@huethig.de