Prozesssimulation des Umspritzens von dreidimensionalen Skelett-Wickelstrukturen zur Verbesserung des Fertigungsprozesses hochbelasteter Strukturbauteile (ProSim-3DSW)

Der Einsatz kontinuierlicher Verstärkungsfasern in thermoplastischen Bauteilen ermöglicht es, neue Gestaltungsfreiheiten in Strukturbauteilen zu erschließen. Eine Möglichkeit zur Fertigung solcher Strukturbauteile ist das Umspritzen von dreidimensional gewickelten Faserskeletten, die optimal an den Belastungsfall angepasst werden können, vgl. Abbildung 1.

Die numerische Prozesssimulation ermöglicht ein verbessertes Verständnis von Prozessen und bildet die Grundlage zur virtuellen Prozessauslegung sowie zur zuverlässigen Vorhersage von Bauteileigenschaften. Die Simulation dieser prozessinduzierten Bauteileigenschaften ist entscheidend für ein tiefgreifendes Verständnis des Prozesses und die Anwendung auf komplexere Bauteile.

Das Projekt zielt darauf ab eine Methodik zu entwickeln, um das Umspritzen und Konsolidieren von gewickelten thermoplastischen Strukturen numerisch abzubilden. Das Vorhaben verfolgt die transiente thermomechanische Beschreibung der Deformation der Wickelstruktur während des Umspritzens und die Modellierung des Bauteilverzugs in der anschließenden Abkühlphase. Aus der simulierten thermomechanischen Historie soll zusätzlich ein empirisches Modell zur Bewertung der Grenzflächenfestigkeit zwischen Wickelstruktur und Matrix entwickelt werden. Die Validierung und Bewertung der Simulationsmethodik erfolgt anhand von Bauteilen in verschiedenen Komplexitätsstufen.

[1] Beck, B., Haas, J., Eyerer, P., Park, Y.-B., Henning, F., 2024. 3D skeleton winding (3DSW) – Overmolding of wound continuous fiber reinforcements. Presented at the Proceedings of the TIM22 Physics Conference, Timisoara, Romania. https://doi.org/10.1063/5.0194766