Kunststofftechnik Leoben - Zweijahresbericht 2015 - 2016

AUF EINEN BLICK
• Förderung: Ministerium für Transport, Innovation
und Technologie - FTI Initiativen „Produktion
der Zukunft“ und „Take Off“
Ansprechpartner:
Ass. Prof. Dr. Ewald Fauster
ewald.fauster@unileoben.ac.at
+43 3842 402 2708
Modell-basierte FKV-Verarbeitungstechnik
Model-based processing of polymer composites
Am Lehrstuhl für Verarbeitung von Verbundwerkstoffen der
Montanuniversität Leoben wird das Konzept der modell-basierten
Verarbeitungstechnik im Rahmen von zwei aktuellen
Forschungsprojekten an Strukturbauteilen der Luftfahrt und Fahrzeugtechnik
behandelt. Dabei wird das Ziel verfolgt, a-priori-Wissen
über die maßgeblichen physikalischen und chemischen Mechanismen
bei der Verarbeitung von faserverstärkten, polymeren Verbundwerkstoffen
– wie beispielsweise Formfüllung), Druckentwicklung
oder Aushärtekinetik – in Form von phänomenologischen Modellen
aufzubereiten und aktiv in der Prozessführung nutzbar zu machen.
Dieser Ansatz erfordert die Verwendung von entsprechend geeigneten
Sensoren und spiegelt höchst aktuelle Entwicklungen wider, die
medial unter den Schlagworten „Industrie 4.0“ bzw. „cyber-physical
systems“ kommuniziert werden.
Als große Herausforderung dieses Ansatzes stellt sich die Implementierung
von Lösungsmethoden der verarbeitungstechnisch relevanten
Modelle heraus: Lösungen, die in FEM-basierten Simulationsumgebungen
auf Hochleistungsrechnern oftmals einige Stunden
an Rechenzeit erfordern, in der aktiven Prozessführung jedoch unter
Echtzeit-Bedingungen innerhalb von Sekunden oder gar Bruchteilen
von Sekunden ablaufen müssen. Dazu ist die Entwicklung von
effizienten Lösungsverfahren dieser sogenannten inversen Probleme
notwendig, welche zudem den Einsatz von spezifischen Hardund
Software-Komponenten auf der Ebene der Prozessführung erforderlich
machen. Außerdem ist grundlegendes Verständnis über
die maßgeblichen Vorgänge bei den jeweils betrachteten FKV-Verarbeitungsverfahren
unabdingbar. Dieses muss zunächst durch
Werkstoff-charakterisierung als auch Prozessmodellierung erarbeitet
und schließlich in Form von vergleichs-weise einfach lösbaren,
mathematischen Modellen aufbereitet werden.
Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung durch
das Ministerium für Transport, Innovation und Technologie im Rahmen
der öffentlich geförderten Forschungsprojekte:
• „HybridRTM“, gefördert im Rahmen der FTI Initiative „Produktion
der Zukunft“, und
• „MoVeTech“, gefördert im Rahmen der FTI Initiative „Take Off“,
die jeweils über die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
(FFG) administriert werden.
The Chair for Processing of Composites at Montanuniversitaet
Leoben currently establishes the concept of model-based
processing in the frame of two publicly funded research projects,
whereas structural components of the aerospace and car
industries are addressed, respectively. There, a-priori knowledge
about the driving physical and chemical mechanisms in processing
of fibre-reinforced polymer composites – like mould filling, pressure
characteristics or curing kinetics – is- reproduced in terms of
phenomenological models and made available for active process
management. This approach requires the incorporation of specific
sensors and represents a member of the highly innovative developments,
which are currently published with the keywords „Industrie
4.0“ or „cyber-physical systems“ in various media.
The biggest challenge faced with this approach is the implementation
of solution methods for the relevant processing models: Results,
often requiring several hours to be processed through FEMbased
simulation on high-performance computers need to be
available within seconds or even factions of sections under real-time
conditions. For this purpose, efficient strategies for solving
these types of inverse problems need to be developed, which
also required the incorporation of specific hardware and software
components at the level of process management. Furthermore,
fundamental knowledge about the driving mechanisms of
the specific composite processing technique is indispensable. This
requires efforts in material characterization and process modelling
as well as conditioning in terms of comparable simple mathematical
models.
The authors acknowledge the financial support provided by the
Austrian Ministry for Transport, Innovation and Technology within
the research projects:
• „HybridRTM“, funded within the FTI initiative „Produktion der
Zukunft“, and
• „MoVeTech“, funded within the FTI initiative „Take Off“,
which are both administered by the Austria Research Promotion
Agency (FFG).
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