Prozessdigitalisierung

Um ein besseres Verständnis des Materialverhaltens von kohlenstofaserverstärkten Sheet Molding Compounds (C-SMC) während der Herstellung und Verarbeitung aufzubauen und damit die Vorhersage der strukturellen Eigenschaften eines fertigen Bauteils zu verbessern, sind Kenntnisse über die inneren Materialabläufe unabdingbar. Aus diesem Grund kombiniert dieses Forschungsprojekt experimentelle und virtuelle Untersuchungen, um den Aufbau und die Eigenschaften eines C-SMC-Halbzeugs zu ermitteln. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Untersuchung von Faserorientierung, -länge und -gehalt sowie der Interaktion zwischen den Fasern und der Matrix. Durch Ausnutzen des polarisierenden Effekts bei der Reflektion einfallenden Lichts an den Oberflächen der Kohlenstofffasern kann die Faserverteilung mithilfe einer Polarisationskamera in Echtzeit aufgenommen werden. Hierzu wird die Kamera direkt in eine SMC-Produktionslinie integriert und dient dort zur Detektion der Faserverteilung im entstehenden C-SMC-Halbzeug. Eine Positionierung der Kamera am Schneidwerk erlaubt die direkte Aufnahme der Entstehung der verstärkenden Faserstruktur als 2D-Bildstapel. In einem nachgeschalteten Digitalisierungsprozess wird dieser Bildstapel zu einem vollständigen dreidimensionalen digitalen Abbild der Faserstruktur in einer kompletten Halbzeugrolle umgewandelt. Da nun reales Material und sein digitaler Zwilling vorliegen, können parallel experimentelle und virtuelle Untersuchung durchgeführt werden. Dies beinhaltet Pressrheometerversuche zur Charakterisierung des Materialverhalten des C-SMCs während eines Fließpressprozesses, die Untersuchung des resultierenden Faserverhaltens sowie Permeabilitätsversuche zur Analyse des Matrixflusses durch die Faserverstärkung, um daraus Rückschlüsse auf eine mögliche Faser-Matrix-Separation zu ziehen.

• Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, Abteilung Strömungs- und Materialsimulation