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Prozessoptimierung

Neben der Auswahl von Faser- und Matrixmaterial werden die Eigenschaften von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen maßgeblich durch den Fertigungsprozess bestimmt. Für die strukturmechanische Belastbarkeit sind vor allem eine reproduzierbare, lastpfadgerechte Faserorientierung, der lokale Faservolumengehalt und eine fehlstellenfreie Infiltration von entscheidender Bedeutung. Sie werden wesentlich durch die Prozessparameter während der Fertigung beeinflusst, beispielsweise durch Greiferunterstützung bei der Textilumformung oder durch die Druck- oder Temperaturführung während der Formfüllung und Aushärtung.

Mit den am Institut verfügbaren numerischen Simulationsmethoden können die einzelnen Prozessschritte, beispielsweise Umformung-Infiltration-Aushärtung, im Sinne einer CAE‑Kette nachvollzogen werden. Dabei werden häufig eine gegenseitige Wechselwirkung und stark nichtlineare Einflüsse der Prozessparameter auf die Bauteileigenschaften beobachtet, weshalb eine gezielte Optimierung der Fertigung in Hinsicht auf die Qualität erforderlich ist.

Neben dem Erzielen eines guten Optimierungsergebnisses steht dabei auch die zeitliche Effizienz der Methodik im Vordergrund. Ein aussichtsreicher Ansatz zur Zeitersparnis während der Optimierung ist die Nutzung von Techniken des maschinellen Lernens, beispielsweise durch tiefe neuronale Netze. Hierzu werden am Institut Methoden entwickelt, die es erlauben, die Fertigungsqualität neuer Prozessparametervarianten vorab zu prognostizieren und zeitaufwendige Finite-Elemente-Simulationen auf die meistversprechenden Fälle zu konzentrieren.
 

Abb. 1: Minimierung des Scherwinkels durch Greiferunterstützung bei der Umformung
 

[1] Kärger, L.; Galkin, S.; Zimmerling, C.; Dörr, D.; Linden, J.; Oeckerath, A.; Wolf, K.: Forming optimisa-tion embedded in a CAE chain to assess and enhance the structural performance of composite components. Composite Structures, submitted for publication, 2017.

[2] Zimmerling, C.; Pfrommer, J.; Liu, J.; Beyerer, J.; Henning, F.; Kärger,L.: Application and Evaluation of Meta-Model Assisted Optimisation Strategies for Gripper Assisted Fabric Draping in Composite Manufacturing. Proceedings of the 18th European Conference on Composite Materials (ECCM) Athens/Greece, 2018

[3] Zimmerling, C.; Dörr, D.; Henning, F.; Kärger, L.: A Meta-Model Based Approach for Rapid Formability Estimation of Continuous Fibre Reinforced Components. Proceedings of the 21st International ESAFORM Conference on Material Forming, Palermo/Italy, 2018