DigiPEP
DigiPEP: Digitaler Produktentstehungsprozess (PEP) zur Auslegung von Tailored Fiber Placement (TFP) Bauteilen
Motivation
Im Kontext von Leichtbaukomponenten sind Tailored Textiles (TT) innovative Vorformen für die Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK). TT bieten ein höheres Potenzial zur Gewichtsreduzierung und zum geringeren Rohstoffverbrauch als herkömmliche FVK, wobei sie sogar die Leistungsfähigkeit der Bauteile erhöhen. In den letzten Jahren haben sich TT zu einem wichtigen Schlüssel für Designer entwickelt, die Nachhaltigkeit in verschiedenen Branchen wie Mobilität, Automatisierung, Sport und Prothetik anstreben. Eines der vielversprechendsten Verfahren zur Herstellung von TT ist Tailored Fiber Placement (TFP), eine Variante der technischen Stickerei. Aufgrund des hohen Freiheitsgrads bei der Anordnung der Verstärkungsfasern in beliebiger Richtung. Daher können die Fasern entlang der Hauptspannungen innerhalb des Bauteils ausgerichtet werden, was die Möglichkeit bietet, Gewicht und Rohstoffverbrauch zu reduzieren, indem die Menge des benötigten Materials unter allen Umständen genau definiert wird. Als Ergebnis der Reduzierungen ist eine Senkung der Kosten und CO2-Emissionen in der Herstellungs- und Nutzungsphase des Bauteils zu erwarten.
Trotz der Tatsache, dass TFP auf dem Markt verfügbar ist, macht der hohe Freiheitsgrad TFP-optimierte Bauteile zu einer schwierigen Aufgabe für industrielle Anwendungen. Obwohl bereits verschiedene Methoden bekannt sind, um die Komplexität für die verschiedenen Schritte im PDP zu bewältigen (FEA, Lastpfadbestimmung, Fehlermodelle, Pfadplanung, Drapierung, Kosten), sind die Parameter der einzelnen Schritte voneinander abhängig, was zu einem sehr iterativen und kostspieligen Prozess führt. Infolgedessen kann das globale Optimum von TFP-Bauteilen in Bezug auf die spezifischen Anforderungen an Gewicht, Kosten und Leistung nicht effizient erreicht werden, und das Leichtbaupotenzial der TFP-Technologie bleibt oft ungenutzt, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU).
Forschungsziele
Das Hauptziel des Forschungsprojekts DigiPEP ist es, die TFP-Technologie in der deutschen Wirtschaft - insbesondere bei KMU - zu etablieren, indem die Anzahl der Iterationen und die Kosten innerhalb der PDP reduziert werden. Dadurch sind die KMU in der Lage, die Effizienz des Ressourcenverbrauchs im Leichtbauprozess zu steigern. Um dieses Ziel zu erreichen, wird im Rahmen des Projekts eine Methode entwickelt, die den Ansatz des modellbasierten System-Engineering nutzt. Der Grundgedanke ist, die Wertschöpfungskette (Konstruktion, Strukturmechanik, Textil- und Fertigungstechnik) in Form eines Systemmodells zu verknüpfen. Dies ermöglicht eine effizientere Entwicklung von TFP-Komponenten und einen effizienteren Informationstransfer zwischen den verschiedenen Akteuren. Dieser digital vernetzte PDP wird den Optimierungsprozess für TFP-Bauteile unterstützen, indem er die Komplexität der hohen Freiheitsgrade beherrscht. Somit kann die Entwicklung von TFP-Bauteilen ganzheitlich, produktionsgerecht und hinsichtlich Kosten, Gewicht und Leistung optimiert erfolgen.
Laufzeit:
01.05.2022 - 01.05.2024
Verbundpartner:
Projekt gefördert durch:
Projektträger: