Preforming Konfektions­technik

Die Simulation komplexer Fertigungsprozesse nimmt in der modernen Produktion eine wichtige Stellung ein und soll dabei unterstützen, Kosten zu senken und Prozesse sicher auszulegen. Um textile Verstärkungsstrukturen in effektiver Weise für komplexe FKV-Bauteile beanspruchungs- und verarbeitungsgerecht herzustellen, ist es erforderlich, eine digitale Verbindung zwischen der Formfindung (3D-Geometrie), der belastungsgerechten Auslegung und der textiltechnischen Umsetzung durch eine 2D-Kontur zu entwickeln. Die Forschungsvorhaben des ITM zum sequentiellen Preforming konzentrieren sich deshalb auf folgende Schwerpunkte:

• 3D-Zuschnittentwicklung, Simulation und Visualisierung,
• Qualitätskontrolle sowie
• Prozessparallelisierung, Entwicklung von Fertigungstechnologien und -werkzeugen.

3D-Zuschnittentwicklung, Simulation und Visualisierung

Ausgangspunkt für die virtuelle Produktentwicklung ist ein 3D-Geometriemodell (3D-CAD oder optische Formerfassung physischer Modelle). Unter Berücksichtigung des Deformationsverhaltens (insbesondere des Scherverhaltens) der zu verarbeitenden Materialien, der strukturmechanischen Anforderungen sowie der Anforderungen an den Drapierprozess (faltenfrei) wird die minimal mögliche Anzahl an Verstärkungszuschnitten innerhalb des Lagenaufbaus simulativ ermittelt und virtuell dargestellt. Das Ziel ist eine Near-Net-Shape-Abbildung der Bauteiloberfläche durch die Preform, um Abfall und Nacharbeit zu minimieren.

Qualitätskontrolle

Des Weiteren ist es durch die Simulation und Visualisierung des Verstärkungstextils auf dem 3D-Bauteil möglich, Problem- und Schwachstellen frühzeitig zu erkennen. Dementsprechend können Zuschnittaufteilung und Drapierstrategie angepasst werden.

Die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen lassen sich mit der Scantechnik in digitale Daten überführen und zur Qualitätskontrolle bzw. zum Vergleich mit dem Simulationsergebnis einsetzen. Des Weiteren können die Simulationsergebnisse dahingehend genutzt werden, sowohl Fertigungstechnologien (Drapierstrategien) zur Verbesserung des Umformprozesses zu entwickeln, als auch die dazu notwendigen Drapierwerkzeuge zu generieren.

Prozessparallelisierung – Entwicklung von Fertigungstechnologien und -werkzeugen

Zur reproduzierbaren Handhabung der Zuschnitte innerhalb des Preformings werden diese vollflächig mit Binder fixiert. Dabei wird die Drapierfähigkeit eingeschränkt. Durch eine lokale Bebinderung, die nur in denjenigen Bereichen des Zuschnittes aufgetragen wird, die während der Verformung zur Bauteilgeometrie geringe Verzerrungen erfahren, lässt sich dies vermeiden. Der lokale Binderauftrag wird bauteilabhängig simulationsgestützt ermittelt und durch geeignete Auftragsverfahren und Möglichkeiten der Aktivierung umgesetzt. Einen maßgeblichen Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bildet die technisch-technologische Erweiterung der CNC-Zuschnitttechnik für Hochleistungstextilien um eine CNC-positionierbare Wirkungseinheit zum optimierten Auftrag duro- und thermoplastischer Binder.