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© Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Ralf Schlimper, Peter Michel, Patrick Hirsch, Matthias Zscheyge,
Die digitale Wertschöpfungskette zur Material- und
Prozessentwicklung für den thermoplastbasierten
FVK-Leichtbau
»Materials Data Space® - Werkstoffe für Industrie 4.0« tech transfer – Forum, Hannover Messe, 25. April 2018
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur
von Werkstoffen und Systemen IMWS
in Halle (Saale)
© Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Business Unit Polymer Applications @Fraunhofer IMWS
R&D focus
G-/C-fibre
PP/PA/… matrix
compound
UD-Tape /
preform
forming,
injection
z.B. front end
carrier
mass production via injection moulding technology with local continuous
fibre reinforcement (structural parts) approved in pilot plant scale
basic
material
semi finshed
products
component
manufact.
components
usage
Hybrid injection moulding -mass production technology-
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basic
materials
semi finished
products
parts/
components usage
Thermoplastic semi
finished products
Thermoplastic
composite parts
Poly
mer
based
mate
rial desig
n
Assessment of fibre composite systems
Technolo
gy
Dia
gnostics
Nano Micro Meso Macro
scale
Business Unit Polymer Applications
Working Groups -along value added chain-
compounding
extrusion
tape line
injection moulding
compounding
hybrid injection moulding
evaluation methods
effect of defects
non destructive testing
evaluation
methods
optimization
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UD-Tape-Technologie @Fraunhofer PAZ
Wertschöpfungsstufen: Halbzeuge / Produkte
UD-Tape (Einzellage)
Laminat (Mehrlagenaufbau)
Bauteil (3d Geometrie)
Faserausrichtung
umgeformtes Laminat
angespritzte Rippen
unidirektionale Glas-, Kohlenstoff-,
Naturfasern Thermoplastmatrix:
2…20 Einzellagen Variable
Orientierung der Einzellagen
umgeformte Laminate und Funktionalisierung bzw. angespritzte Elemente (z.B. Lasteinleitungs- und Funktionselemente, Rippen)
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Zerstörungsfreie Prüfung von TPC-Strukturbauteilen Röntgen-CT an Bauteilen
Röntgen-CT Prüfung
Mögliche Fehler Ondulationen,
Welligkeiten Faserwinkel-
abweichungen Poren Gassen, Matrix-
ansammlungen Delaminationen Anbindungsfehler
3d-Bilddatensatz
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Ausgangs-stoffe
Halbzeuge Bauteil-
herstellung Bauteil-einsatz
100 mm
Mikroskopie, Röntgen-CT
Quelle: Fliegener 2015
RVE-Simulation
Homogeni-sierung
Bauteil-simulation
Mikro-struktur
Prozess -s imulation
Umform-simulation
Spritzguss-simulation
Faser
Matrix Y = f (p, , ) E = f ()
max = f (l) E = const. …
Compoundier-simulation
Konstituenten-Eigenschaften
Materials Data Space
Auslegung von FVK-Strukturen unter
Einbeziehung von Prozess und Mikrostruktur
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Ausgangs-
stoffe Halbzeuge
Bauteil-
herstellung
Bauteil-
einsatz
angespritzte Rippe
Einleger
Lufteinschluss
Einfluss d.
Fertigungs-
fehler
Porosität Faserwinkel Fügestellen Delaminationen
Bauteil-
simulation
mechanische
Bewertung
umfassende Werkstoff-Daten entlang der Wertschöpfungskette
müssen erfasst,
strukturiert/standardisiert
interpretiert und konserviert werden
Materials Data Space
Auslegung von FVK-Strukturen unter
Einbeziehung von Prozess und Mikrostruktur
Röntgen-CT
Ultraschall
Thermographie
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Materials Data Space
FVK-Wertschöpfungskette im Life Cycle
Ausgangs-stoffe
Halb- zeuge
Bauteil-herstellung
Bauteil-einsatz
Recycling Re-Use
Materials
Data
Space
Ausgangs-
stoffe
Halbzeuge
Bauteil-
herstellung
Bauteil-
einsatz
G-/C-Faser
PP/PA/…
Matrix
Compound
UD-Tape /
Preform
Umformung,
Spritzguss
z.B. Frontend-
träger
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Materials Data Space
FVK-Wertschöpfungskette im Life Cycle
Ausgangs-stoffe
Halb- zeuge
Bauteil-herstellung
Bauteil-einsatz
Recycling Re-Use
MDS
Betriebs-
daten
Prozess-
daten
Mikro-
struktur-
daten
Material-
daten
Material-
daten
Datenerfassung
und -speicherung Interpretation/
Bewertung von
Daten
Intelligente
Vernetzung der
Daten
Nutzung der Daten
über Zeitskalen und
Unternehmensgrenzen
© Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Am Beispiel Direktverarbeitungstechnologie DCIM (Direct Compounding Injection Moulding)
Materials Data Space
Zugang über App „DigiLab“
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Am Beispiel Direktverarbeitungstechnologie DCIM (Direct Compounding Injection Moulding)
Materials Data Space
Zugang über App „DigiLab“
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Dateninfrastruktur
Zusammenfassung
MDS für FVK-Leichtbau
adaptive Verarbeitungs-
prozesse
prozess-integrierte
Prüf-methoden
virtuelle Analyse
und Material-
design
Sensorierte
(smart)
Materialien
Digitale
Lebensakte
+
Digitaler
Zwilling
http://www.fraunhofer-materials-data-space.de/
© Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
adaptive Verarbeitungs-
prozesse
prozess-integrierte
Prüf-methoden
virtuelle Analyse
und Material-
design
Sensorierte
(smart)
Materialien
Digitale
Lebensakte
+
Virtueller
Prototyp
Dateninfrastruktur
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
Dr.-Ing. Ralf Schlimper
Gruppenleiter Bewertung von
Faserverbundsystemen
Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur
Von Werkstoffen und Systemen IMWS
Walter-Hülse-Str. 1
06120 Halle (Saale)
www.imws.fraunhofer.de