Institut für Fahrzeugsystemtechnik - Institutsteil Leichtbautechnologie

Fließpressen (SMC/LFT)

Durch Fließpresssimulationen wird der Herstellungsprozess von langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) und Sheet Molding Compound (SMC) simulativ betrachtet. Hierbei wird der Fließvorgang unter Berücksichtigung der Prozessparameter und materialspezifischer Materialkennwerte betrachtet, um die Faserorientierungen im Bauteil, sowie Bauteilfehler (unzureichende Formfüllungen, Faser-Matrix-Separation, etc.) simulativ vorherzusagen. Dafür werden entsprechend den Anforderungen kommerzielle Tools oder selbstentwickelte Modelle in Abaqus CEL eingesetzt (vgl. Abbildung 1) [1,2,4]. Darüber hinaus findet im Bereich des SMCs eine Charakterisierung entsprechend der verwendeten Materialmodelle statt [3]

Der aktuelle Forschungsschwerpunkt liegt auf der Modellierung von SMC auf der Mesoskala durch die direkte Simulation einzelner Faserbündel. Dies ermöglicht eine realistische Abbildung von Faserorientierung, anisotropem Fließverhalten, Faser-Matrix Separation und Geometriebeschränkungen [4]. Darüber hinaus steht die Berücksichtigung der Interaktion mit lokalen Verstärkungen oder Einlegern im Fokus der Forschung.

Im Bereich des LFTs werden mit kommerzieller Software neuartige technologische Entwicklungen betrachtet. So wurden Fließpresssimulationen mit lokalen Abschottungen zur Ausprägung von Rippen ohne flächige Überpressung durchgeführt. Mit Hilfe der simulativen Optimierung der Prozessparameter und lokaler geometrischer Anpassungen konnte die Füllbarkeit nachgewiesen werden.


Abb. 1: SMC Prozesssimulation mit direkter Bündelsimulation [4] und der Vergleich mit einem CT-Scan.

Abb. 2: LFT Fließpresssimulation eines hinteren Fahrzeugunterbodens mit lokal abgeschotteten Rippen (SMiLE)
 

[1] Müller, T.; Henning, F.: Simulation of combined forming and injection molding processes. Berlin; 2015.

[2] Hohberg, M.; Kärger, L.; Henning, F.; Hrymak, A.: Process Simulation of Sheet Molding Compound (SMC) as key for the integrated Simulation Chain. In: NAFEMS, editor. Simulation of Composites - Ready for Industry 4.0?; 2016, p. 61–67.

[3] Hohberg, M.; Kärger, L.; Henning, F.; Hrymak, A.: Rheological measurements and rheological shell model considering the compressible behavior of long fiber reinforced sheet molding compound (SMC). Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 2017; 95:110–7.

[4] Meyer, N.; Schöttl, L.; Bretz, L.; Hrymak, A. N.; Kärger, L.: Direct Bundle Simulation approach for the compression molding process of Sheet Molding Compound. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2020 132, Article: 105809.