Materialsuche: Der User gibt die gewünschten Materialeigenschaften für eine Anwendung ein und erhält verschiedene Vorschläge. (Bildquelle: alle Polykum e.V.)

Materialsuche: Der User gibt die gewünschten Materialeigenschaften für eine Anwendung ein und erhält verschiedene Vorschläge. (Bildquelle: alle Polykum e.V.)

Die richtige Materialmischung stellt, wenn es um die Herstellung hochwertiger Kunststoffprodukte geht, bekanntlich nur eine Seite der Medaille dar. Die andere, nicht weniger wichtige, liegt in der optimalen Verarbeitung der  Werkstoffe. Datenbanken und computergestützte Simulationen haben die Materialentwicklung in den vergangenen Jahrzehnten zwar spürbar vereinfacht. Doch um  teils sehr kosten- und zeitaufwändige Versuchsreihen kommen Entwickler und Verarbeiter „bis heute kaum herum, wenn es gilt, die immer komplexeren Kundenwünsche bezüglich der Materialeigenschaften in Produkte zu gießen“, wie Peter Putsch von der Firma Exipnos, Merseburg, es formuliert.

Gesamte Prozesskette im Blick

Das exzessive Wechselspiel von Versuch und Irrtum am Prüfwerkstück ist nach Überzeugung des erfahrenen Compoundeurs und Maschinenentwicklers trotz dieser Komplexität jedoch „alles andere als zwangsläufig“. Vielmehr liege das Kernproblem in der traditionell getrennten Betrachtung von Teilprozessen wie etwa Compoundieren und Spritzgießen. „Spezialisten verfügen jeweils über Erfahrungen und Daten in ihrem jeweiligen Fachgebiet“, resümiert der Unternehmer, „aber es gibt keine Instanz, die diese Kompetenzen bündelt und für Anwender über die gesamte Prozesskette hinweg systematisch und leicht nutzbar macht.“

Die neue App ermittelt die wichtigsten Parameter für die Direktverarbeitung der ausgewählten Materialmischung.

Die neue App ermittelt die wichtigsten Parameter für die Direktverarbeitung der ausgewählten Materialmischung.

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum (PAZ) in Schkopau und dem Automatisierungsspezialisten Ematik in Magdeburg arbeitet der Merseburger gegenwärtig an einer Lösung, die genau diese Lücke schließen soll. Wie die funktioniert, zeigt er auf einem handelsüblichen Tablet in seiner Werkhalle: Per Fingertipp wählt er aus einer umfangreichen Liste von Materialeigenschaften vier aus, die für einen aktuellen Fertigungsauftrag von Bedeutung sind, in diesem Falle Steifigkeit, Gewicht, Bruchdehnung, Glanzgrad. Mit Schiebereglern justiert er die jeweiligen Werte und klickt auf „Suche“. Das Tablet spuckt umgehend zwei Materialmischungen aus, die die gewünschten Vorgaben erfüllen. Nach der Auswahl eines der beiden Materialvorschläge präsentiert die App namens Polykum DigiLab daraufhin eine übersichtliche, schematische Darstellung der Spritzgießmaschine mit angedocktem Direktverarbeitungsmodul, auf der Putsch den Auftrag abarbeiten wird. Den einzelnen Baugruppen hat das Programm optisch übersichtlich Parameter zugeordnet, die für optimale Produktionsergebnisse entscheidend sind: von der Masse- und Werkzeugtemperatur über die Schneckendrehzahl bis hin zu Spritzdruck und Kühlzeit.

Prognosen für unbekannte Rezepturen

„In einem ersten Ausbauschritt von DigiLab haben wir uns auf Biopolymere konzentriert, weil die oft besonders empfindlich auf ungeeignete Verarbeitungsparamter reagieren“, erläutert Patrick Hirsch vom Fraunhofer PAZ. In den nächsten Monaten sollen auch Rezepturen konventioneller thermoplastischer Materialien für die App-Suche erschlossen werden. Erklärtes Ziel der auf drei Jahre angelegten, vom Land Sachsen-Anhalt und der Europäischen Union geförderten Projektarbeit sei es jedoch, letztlich sogar Prognosen für noch nie dagewesene Materialmischungen zu ermöglichen.

„Dafür sollen Simulationsverfahren, die in Fraunhofer-Rechenzentren laufen, in die App integriert werden“, blickt Hirsch voraus. Selbst wenn ein vom Nutzer vorgegebener Eigenschaften-Kanon damit auf Anhieb nur näherungsweise erreicht werde, „können wir den Testaufwand, den Spritzgießer und deren Kunden für die Entwicklung neuer Materialien betreiben müssen, damit auf einen Bruchteil reduzieren“, prognostiziert der Projektleiter. Die App ist ein wichtiger Baustein im Materials-Data-Space-Konzept, mit dem das Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) in Halle die Materialentwicklung systematisch digitalisiert.

Umstieg auf Direktverarbeitung nötig

Für zuverlässig reproduzierbare Ergebnisse ist die App auf Direktverarbeitungstechnologien angewiesen. „Nur so lässt sich die gesamte Prozesskette, von der Dosierung der Rohstoffe über die Steuerung der Schmelze bis hin zum optimalen Spritzguss konsequent kontrollieren“, erklärt Peter Putsch. Für einen Umstieg auf Direktverarbeitung müssten Verarbeiter ihre vorhandenen Spritzgießmaschinen jedoch keineswegs ersetzen, unterstreicht der Unternehmer, der mit der Direct Compounding Injection Molding-Technologie (DCIM) selbst eine Lösung zum Patent angemeldet hat, die sich auch modular an vorhandene Spritzgießanlagen andocken lässt. „Bei Exipnos arbeiten wir seit mehreren Jahren mit DCIM. Die Investition hat sich schon nach wenigen Monaten amortisiert, allein durch die dramatische Verkürzung der Entwicklungsprozesse.“

„Die DigiLab-Software ist zunächst als reine Web-App ausgelegt“, ergänzt Hendrik Bugdoll vom halleschen Startup AppsolutEinfach, das für die Programmierung der Anwendung verantwortlich zeichnet. „Die App läuft somit auf allen Geräten, die einen Webbrowser haben – unabhängig davon, ob sie zum Beispiel auf Betriebssystemen von Apple, Microsoft, Google oder anderen basieren.“ Für die Zukunft seien jedoch auch native Apps für Android oder Apple iOS angedacht.

Die Polykum DigiLab-App wird zum ersten Mal auf dem Internationalen Kongress „Biopolymer – Processing & Moulding“ der Öffentlichkeit vorgestellt, der am 19. und 20. Juni in Halle (Saale) stattfindet. www.polykum.de/biopolymer-2018