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Digitalisierte Prozess- & Materialentwicklung

Eine konsequente Digitalisierung bildet heute vielfach die Grundlage für eine effiziente Produktentwicklung. In diesem Kompetenzfeld stehen die entsprechenden hard- und softwarebasierten „Werkzeuge“ selbst im Fokus und werden von den Grundlagen bis zur Anwendung erforscht.

Unter der Prämisse „der richtige Sensor am richtigen Ort“ werden anwendungsspezifische Konzepte für die Prozessdatenerfassung entwickelt und implementiert, wobei Studien mit Prozesssimulationen es ermöglichen, den Datenerfassungsaufwand zu minimieren und gleichzeitig die Aussagekraft zu maximieren. Weiterhin umfasst dieser Forschungsbereich Werkstoffsimulationen auf Mikroebene zur Vorhersage des Materialverhaltens bei Verarbeitung und Anwendung. Zum Aufbau des hierfür erforderlichen Materialverständnisses, für die Validierung der Modelle und für die Generierung von Inputdaten erfolgt auch die Entwicklung innovativer experimenteller Methoden zur Charakterisierung des Verarbeitungsverhaltens von Halbzeugen. In allen Bereichen werden Methoden des Maschinellen Lernens für eine effektive Datenanalyse und -verwertung eingesetzt.

Die benannten Technologien werden für das ganze Spektrum der Verbundwerkstoff-Prozessketten und Materialien entwickelt. Einen besonderen Schwerpunkt bilden dabei aber die Flüssigimprägnierverfahren (LCM).

PD Dr.-Ing. habil.

David May

Techn.-Wiss. Direktor Digitalisierung & Kompetenzfeldleiter Digitalisierte Prozess- & Materialentwicklung

Spezielle Expertise: Prozessdatenerfassung, Experimentell-numerische Charakterisierung von Verarbeitungseigenschaften (insb. Permeabilität), Harzinjektion /-infusion

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Technologieträgerwerkzeuge mit umfangreicher Sensorausstattung
  • Patentierte Messsysteme u. a. für textile Permeabilität, Organoblech-Scherverhalten
  • Patentierte Sensortechnologien für Fließfrontverfolgung in LCM
  • Softwarepakete für Materialsimulation
  • LCM-one-stop-shop: Werkzeugauslegung, Materialauswahl, Herstellung, Prüfung
  • Additive Fertigung mit in situ Duroplastimprägnierung und kontinuierlicher Faserverstärkung
  • Caprolactam-basiertes Thermoplast - Resin Transfer Molding
  • Hochqualifiziertes, interdisziplinäres Team
Branchen Anwendungen (Beispiele)
Mobilität Datenerfassung und durchgängige RTM-Simulationsketten
Sport & Freizeit Feststoffharze für den Yachtbau
Energie Infusionstechnologien für Rotorblätter

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • Flüssig- und Feststoffharze, Acrylharz, reaktives PA6
  • Glas-/kohlenstofffaserbasierte Rovings und Textilien, neu und recycelt
  • Duroplastische und thermoplastische Bindermaterialien

Aktuelle Forschungsthemen

  • Workflows für die Computergenerierung realistischer Textilmodelle
  • Machine Vision auf Basis von Polarisationsbildgebung zur Fasererkennung
  • RT-lagerstabile Duroplast-Prepregs auf Basis von Feststoffharzen
  • KI-basierte Qualitätssicherung für die thermoplastische Profilherstellung

Typische Fragen

  • Welche Sensortypen und -positionen liefern die aussagekräftigsten Prozessdaten?
  • Welches Halbzeug ist für meine Anwendung geeignet?
  • Wie können Methoden des maschinellen Lernens zur Qualitätssicherung eingesetzt werden?
  • Welches Flüssigimprägnierverfahren ist für meine Anwendung geeignet?

Projekte in diesem Feld

Curved Composites

Nachträglich umformbare Profile aus FKV

Herstellung nachträglich umformbarer FKV-Profile auf Basis der Imprägnierung drapierfähiger Verstärkungstextilien mit einem thermoplastischen Harzsystem.

Dickenpermeabilität von Verstärkungsstrukturen

Effizientere Gestaltung von Harzinjektionsverfahren

Grundlagenkenntnisse über das Imprägnierverhalten von Verstärkungstextilien

EasyEntry2TPC

Thermoplastische Flüssigimprägnierung

Thermoplastische Flüssigimprägnierung für den schnellen Einstieg in die Herstellung kontinuierlich faserverstärkter thermoplastischer Composites auf Basis etablierter Duroplast-Prozessketten

Hypersaddle

High Performance Fahradsattel in Hybridbauweise

Ziel ist die Entwicklung eines individualisierten Fahrradsattels, der Komfort, Leichtbau und Haltbarkeit im hohem Maße vereint.

HyRoS

Multifunktionale Hybridlösung zum Schutz von Rotorblättern

Entwicklung einer Erosionsschutzschicht für Windenergieanlagen und einer Rotorblattheizung

MarineCare

Nachhaltige Verbundwerkstoffe für maritime Anwendungen

Ziel von MarineCare ist die Entwicklung eines nachhaltigen Verbundwerkstoffes aus recycelten und biobasierten Werkstoffen sowie die Entwicklung eines dazugehörigen abfallminimierenden Herstellungsverfahrens.

Math2Composites

Materialsimulator für textilbasierte Composites

Entwicklung eines Simulations-Tools zur Materialkennwertermittlung, welches experimentelle Versuche durch validierte Simulationen ersetzt

Next-Move

Concepts of Next Generation of Moveables

Einstieg in eine neue Methodik, die die Herstellung von geschlossenen FKV-Boxstrukturen auf effiziente Art ermöglicht und neue Freiheiten bei der Konstruktion eröffnet

PowderTape

Flexible Prozesskette für Thermoplast-Composites

Ziel des Projekts PowderTape ist die Umsetzung einer flexiblen Prozesskette für die Herstellung hochleistungsfähiger Thermoplast-Composites auf Basis pulverimprägnierter Fasertapes und die Entwicklung einer entsprechenden Anlagentechnik.

ZEUS

Integrale Thermoplast-Bauweisen und –Prozesse

Aktive Hybridstrukturen ermöglichen eine neuartige situationsabhängige Anpassung der Flugzeugaerodynamik, welche die Effizienz erhöht und die Lärmbelastung reduziert.

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Willenbacher, B.

    Bestimmungsmethoden für das transversale Imprägnier- und Deformationsverhalten textiler Verstärkungssturkturen

  • May, D.

    Prozessentwicklung für Faser-Kunststoff-Verbunde: Studien zu Verarbeitungseigenschaften von Halbzeugen als Basis einer ganzheitlichen Forschungsmethodik

  • Rimmel, O.

    Grundlagen der Imprägnierung von Dry Fiber Placement Preforms

  • Kühn, F.

    Sequenzielle Imprägnierung thermoplastischer Puler-Towpregs

  • Neumann, U.

    Kontinuierliches Ultraschall-Preformen zur Fertigung von CFK-Bauteilen in der Luftfahrt

  • Grieser, T.

    Textiles Formgebungsverhalten beim kontinuierlichen Preforming

  • May geb. Becker, D.

    Transversales Imprägnierverhalten textiler Verstärkungsstrukturen für Faserkunststoffverbunde

  • Arnold, M.

    Einfluss verschiedener Angussszenarien auf den Harzinjektionsprozess und dessen simulative Abbildung

  • Weiland, F.

    Ultraschall-Preformmontage zur Herstellung von CFK-Luftfahrtstrukturen

  • Rieber, G.

    Einfluss von textilen Parametern auf die Permeabilität von Multifilamentgeweben für Faserverbundkunststoffe

  • Molnàr, P.

    Stitching Technique Supported Preform Technology for Manufacturing Fiber Reinforced Polymer Composites

  • Ogale, A.

    Investigations of sewn preform characteristics and quality aspects fort he manufacturing of fiber reinforced polymer composites

  • Stadtfeld, H.

    Entwicklung einer Messzelle zur Bestimmung von Kompaktierungs- und Permeabilitätskennwerten bei flächigen Faserhalbzeugen

  • Mitschang, P. (Hrsg.)

    Prozessentwicklung und ganzheitliches Leichtbaukonzept zur durchgängigen, abfallfreien Preform-RTM Fertigung. BMBF Projekt - leider vergriffen!

  • Stöven, T.

    Beiträge zur Ermittlung der Permeabilität von flächigen Faserhalbzeugen

  • Weimer, C.

    Zur nähtechnischen Konfektion von textilen Verstärkungsstrukturen für Faser-Kunststoff-Verbunde

  • Kissinger, C.

    Ganzheitliche Betrachtung der Harzinjektionstechnik - Messsystem zur durchgängigen Fertigungskontrolle

  • Reuter, W.

    Hochleistungs-Faser-Kunststoff-Verbunde mit Class-A-Oberflächenqualität für den Einsatz in der Fahrzeugaußenhaut - leider vergriffen!

    Externe Veröffentlichungen „Digitalisierte Prozess- & Materialentwicklung“

    Modeling transverse mirco flow in dry fiber placement preforms

    Journal of Composite Materials 04/2019

    https://doi.org/10.1177/0021998319884612

    Impact of Stitchin on Permeability and Mechanical Properties of Preforms Manufactured by Dry Fiber Placement, Polymer Composites 5/2018
    doi.org

    Out–of–plane capillary pressure of technical textiles

    Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 09/2019

    https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105495

    Wet Fiber Placement: A novel manufacturing technology for continuous fiber reinforced polymer composites

    Journal of Composite Materials 06/2018

    https://doi.org/10.1177/0021998318786998

    Integrated Product Development with Fiber-Reinforced Polymers

    Integrated Product Development with Fiber-Reinforced Polymers | David May | Springer

    Evaluation of different bonding strategies for glass fibre-reinforced epoxy resin with embedded elastomer layers

    https://doi.org/10.1080/14658011.2022.2111512

    Out-of-plane permeability of 3D woven fabrics for composite structures

    The Journal of The Textile Institute 08/2019

    https://doi.org/10.1080/00405000.2019.1682759

    Recycling langer Kohlenstofffasern, Kunststoffe 5/2018
    www.kunststoffe.de

    In-plane permeability characterization of engineering textiles based on radial flow experiments: A benchmark exercise

    Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 06/2019

    https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.03.006

    A combined experimental–numerical approach for permeability characterization of engineering textiles

    https://doi.org/10.1002/pc.26064

    An overview on current manufacturing technologies: Processing continuous rovings impregnated with thermoset resin

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/pc.26274

    Solid epoxy prepregs with patterned resin distribution: Influence of pattern and process parameters on part quality in vacuum-bag-only processing

    https://doi.org/10.1002/pc.27696

    Textile-Integrated Elastomer Surface for Fiber Reinforced Composites

    22nd Symposium on Composites 06/2019

    https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.809.53

    Development & Validation of Recycled Carbon Fiber-Based Binder Tapes for Automated Tape Laying Processes, Journal of Composite Materials 11/2018
    doi.org

    Metrological determination of inhomogeneous hydrodynamic compaction during unsaturated out-of-plane permeability measurement of technical textiles

    Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science 04/2019

    https://doi.org/10.1080/20550340.2019.1598049

    Out-of-plane permeability measurement for reinforcement textiles: A benchmark exercise

    https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359835X21002025

    Saturated out-of-plane permeability and deformation metrology of textiles at high levels of injection pressure

    https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/20550340.2022.2064070

    Numerically predicted permeability of over 6500 artificially generated fibrous microstructures

    https://doi.org/10.5281/zenodo.10047095

    A Novel Simulative-Experimental Approach to Determine the Permeability of Technical Textiles

    22nd Symposium on Composites 06/2019

    https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.809.487

    Präzise Charakterisierung von Verstärkungstextilien
    PDF

    Dry fiber placement of carbon/steel fiber hybrid preforms for multifunctional composites

    Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science 03/2019

    https://doi.org/10.1080/20550340.2019.1585027

    Concept for Darcy-based viscosity measurement for fast-curing resin systems

    https://doi.org/10.1016/j.coco.2021.100881

    Structural topology optimization and path planning for composites manufactured by fiber placement technologies

    https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.115488

    Dual-Curable Epoxy-Amine Thermosets: Influence of Stoichiometry and Ratio between Hardeners on Thermal and Thermomechanical Properties

    https://doi.org/10.1021/acsapm.3c03132

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