Forschungsprojekt: Beeinflussen Kurzfasern Bindenähte?
Ist die Orientierung von Kurzfasern an Bindenähten von Kunststoffbauteilen geometrieabhängig? Das erforscht das KUZ in einem Projekt.
Das neue Forschungsprojekt Geo-Fasermap am Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) untersucht die Geometrieabhängigkeit der Faserorientierung an Bindenähten bei kurzfaser-verstärkten Formteilen. Um die Entwicklungskosten für spritzgegossene Bauteile möglichst gering zu halten, werden aussagekräftige Vorhersagemethoden bezüglich der Bauteilfestigkeit benötigt. Kenntnisse zur geometrieabhängigen Faserorientierung an Bindenähten können eine höhere Vorhersagequalität bezüglich vorhandener Festigkeiten ergeben. Über integrative Simulationsmethoden ist es heutzutage möglich, Bindenahtpositionen aus einer Füllsimulation in die Struktursimulation zu übertragen und dort die anisotropen (richtungsabhängigen) Werkstoffbeanspruchungen abzubilden.
Forschungsprojekt geht Festigkeiten auf den Grund
„Bisher werden die bei der integrativen Simulation eingesetzten Materialkennwerte fast ausschließlich aus Versuchen mit normierten Prüfkörpern gewonnen, mechanisch herausgelöst aus spritzgegossenen Platten. Leider existieren keine Untersuchungen, die den Zusammenhang zwischen der Geometrie eines Fließhindernisses, der sich lokal ausbildenden Faserorientierung und der an dieser Stelle vorliegenden Bindenahtfestigkeit klären“, erklärt Steffen Jacob, Entwicklungsingenieur am KUZ und Projektverantwortlicher. „Unterschiedliche Faserorientierungen in Abhängigkeit der umflossenen Geometrie bedeuten unterschiedliche Festigkeiten.“
Schnelle und kostengünstige Prototypen durch 3D-Prüfkörper
Im Projekt soll der Nachweis der Geometrieabhängigkeit mit der Untersuchung an eigens entwickelten 3D-Prüfkörpern mit provozierter Bindenaht erbracht werden. Hierzu werden an den Prüfkörpern die entsprechenden Materialkennwerte für ein Materialmapping ermittelt, welches die Grundlage für ein präziseres Belastungsmodell in der Struktursimulation bildet.
Das optimale Bauteildesign für kurzfaserverstärkte Bauteile
Ziel des Forschungsprojekts am KUZ ist es, das Leichtbaupotenzial von kurzfaserverstärkten Kunststoffen optimal im Bauteildesign auszunutzen. Die Ergebnisse sollen den Entwicklern von spritzgegossenen Formteilen helfen, diese beanspruchungsgerechter auszulegen. Die genauere Vorhersage der Bauteilfestigkeit im Anwendungsfall soll eine nachhaltige Formteilauslegung für einen langen Produktlebenszyklus ermöglichen. Die Anzahl der Iterationen bei der Formteilentwicklung bis zum fertigen Prototypen könnte somit deutlich reduziert werden. Interessierte Firmen sind eingeladen, an diesem Forschungsprojekt teilzunehmen.
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