Im Projekt BIANKA wurde ein Verfahren zur Einzelteilverfolgung bei Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen entwickelt. Für die Untersuchungen wurden in verschiedene Kunststoffe anorganische Fluoreszenzpartikel eingearbeitet, die bei normalem Tageslicht nicht sichtbar sind und erst unter Bestrahlung mit UV-Licht sichtbar werden. Diese Partikel verteilen sich bei der Verarbeitung mittels Spritzgießen zufällig im Material. Auf diese Weise entstehen an der Oberfläche der Bauteile individuelle und nicht reproduzierbare Partikelverteilungen, die ebenso wie der Fingerabdruck eines Menschen einzigartig sind.
Mithilfe von UV-Strahlung werden die Partikel sichtbar gemacht und mit einer Kamera Bilder der Bauteiloberfläche aufgenommen, in denen das jeweilige Partikelmuster eines Bauteils abgebildet werden konnte. Die eindeutige Identifizierung äußerlich baugleicher Teile erfolgte durch die Anwendung eines speziell entwickelten Algorithmus, der die Aufnahmen der Fluoreszenzpartikelmuster in digitale Codes verwandelte. Die Daten wurden um mehrere Größenordnungen komprimiert und miteinander abgeglichen. Dieses Verfahren lieferte selbst bei Umwelteinflüssen wie Kratzspuren, Verschmutzungen und eingefärbten Bauteilen zuverlässige Ergebnisse.
Aktualisiert: 2023-06-06
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Im Projekt BIANKA wurde ein Verfahren zur Einzelteilverfolgung bei Bauteilen aus thermoplastischen Kunststoffen entwickelt. Für die Untersuchungen wurden in verschiedene Kunststoffe anorganische Fluoreszenzpartikel eingearbeitet, die bei normalem Tageslicht nicht sichtbar sind und erst unter Bestrahlung mit UV-Licht sichtbar werden. Diese Partikel verteilen sich bei der Verarbeitung mittels Spritzgießen zufällig im Material. Auf diese Weise entstehen an der Oberfläche der Bauteile individuelle und nicht reproduzierbare Partikelverteilungen, die ebenso wie der Fingerabdruck eines Menschen einzigartig sind.
Mithilfe von UV-Strahlung werden die Partikel sichtbar gemacht und mit einer Kamera Bilder der Bauteiloberfläche aufgenommen, in denen das jeweilige Partikelmuster eines Bauteils abgebildet werden konnte. Die eindeutige Identifizierung äußerlich baugleicher Teile erfolgte durch die Anwendung eines speziell entwickelten Algorithmus, der die Aufnahmen der Fluoreszenzpartikelmuster in digitale Codes verwandelte. Die Daten wurden um mehrere Größenordnungen komprimiert und miteinander abgeglichen. Dieses Verfahren lieferte selbst bei Umwelteinflüssen wie Kratzspuren, Verschmutzungen und eingefärbten Bauteilen zuverlässige Ergebnisse.
Aktualisiert: 2023-05-02
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Aktualisiert: 2022-12-15
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Das Ziel der Forschungsarbeiten war die Entwicklung von geschäumten WPC-Platten auf Basis von Bio-Polyethylen (Bio-PE) bzw. Polylactide (PLA). Die Dichte der WPC-Schaum-Profile sollte hierdurch auf das Niveau von Span- bzw. Faserplatten (500 - 800 kg/m³) reduziert werden. Gleichzeitig wurden die biobasierten WPC-Rezepturen hinsichtlich ihrer Eignung für die Kompaktextrusion von Hohl- und Vollprofilen untersucht. Hierfür wurden drei verschiedene Bio-PE und ein PLA Typ ausgewählt und mit unterschiedlichen Anteilen von verschiedenen Holzfasern gemischt. Die ausgewählten WPC-Rezepturen wurden compoundiert und anschließend auf das Extrusionsverhalten zu kompakten Profilen und das Schäumverhalten untersucht. Die umfangreichen Untersuchungen zeigten, dass für die Kompakt- und die Schaumextrusion unterschiedliche Holzanteile benötigt werden. Bei einem geschäumten Vollprofil lag der optimale Holzanteil < 40 Gew.-%, um einen hohen Aufschäumgrad und eine niedrige Dichte zu erreichen. Bei einem kompakten Vollprofil dagegen lag der optimale Holzanteil ≥ 60 Gew.-%, um ein gutes Extrusionsverhalten zu gewährleisten.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Additive Fertigungsverfahren erobern derzeit den Endkundenmarkt und gewinnen auch im industriellen Sektor immer mehr an Bedeutung. Allerdings gibt nur es nur wenige industrielle Arbeiten, die sich mit der Simulation des Fused Deposition Modeling (FDM) beschäftigen. Dies erschwert für Unternehmen die Einführung neuer Materialsysteme und die volle Potenzialausschöpfung des Fertigungsverfahrens. Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten wurden daher die Vorgänge beim Druckprozesses in Abhängigkeit der Düsengeometrie-, Material- und Verarbeitungsparameter sowohl experimentell als simulativ untersucht. Dazu wurden geeignete Methoden zur messtechnischen Erfassung der Aufschmelz- und Fließvorgänge erprobt und darauf basierend numerische Modelle entwickelt, die die Zwei-Phasenströmung beschreiben. Der Vergleich der numerischen Berechnungen mit den experimentellen Daten zeigte, dass die benötigte Vorschubkraft, sowie der Übergang von stabilem zu instabilem Prozessbereich bei steigenden Druckgeschwindigkeiten mit guter Approximation reproduziert werden kann. Basierend darauf wurde ein Simulationstool entwickelt, welches die numerische Simulation von Standarddüsengeometrien ermöglicht. Das öffentlich zugängliche Tool erleichtert so die simulationsgestützte, verbesserte Auslegung von FDM-Prozessen, speziell angepasst an das einzusetzende Material.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Im Rahmen des FloWeld-Projekts wurden Wärmestromsensoren in eine Heizelementstumpfschweißanlage für Kunststoffe integriert und für umfassende Versuchsreihen genutzt. Dabei wurden Korrelationen von gemessenen Wärmeströmen, Prozessparametern und den resultierenden Schweißnahtqualitäten untersucht. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Wärmestrommesstechnik komplementär zu bereits genutzter Prozessüberwachung, wie z. B. Druck- und Wegsensoren, in den Heizelementschweißprozess integriert werden kann. In vielen der betrachteten Fälle stimmte der gemessene Wärmeübertrag gut mit theoretischen Modellen aus der Literatur überein. Besonders sensibel reagierte der gemessene Wärmestrom auf Veränderungen der Heizelementtemperatur, der Kontaktzeit von Heizelement und Kunststoff sowie der Beschaffenheit der Kunststoffoberfläche. Detektierbare, mit dem Anpressdruck assoziierte Prozessfehler waren ein unvollständiger Kontakt von Heizelement und Kunststoff oder übermäßiger Quetschfluss bzw. Wulstbildung während der Angleichphase. Korrelationen des Wärmestromsignals waren im Falle des teilkristallinen Werkstoffs PP-H auch mit Hinblick auf die Schmelzeschichtdicke am Ende der Anwärmphase feststellbar. Hierbei konnte gezeigt werden, dass theoretische Modellierung, mikroskopische Vermessungen und gemessene Wärmeströme ein insgesamt stimmiges Bild ergeben, das dem bestehenden Prozessverständnis entspricht. Die im Projekt erhobenen Daten wurden außerdem für das Trainieren verschiedener maschineller Lernverfahren genutzt, die als Zielgröße den Schweißfaktor vorhersagen sollten. Als das Modell mit der höchsten Genauigkeit bzw. dem geringsten Fehler bei der Vorhersage stellte sich dabei der Random Forest heraus.
Aktualisiert: 2023-01-26
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Klebverbindungen erfreuen sich einer wachsenden Beliebtheit. Sie sind leicht und eignen sich beispielsweise für Multimaterialverbindungen und die Verbindung dünner Bauteile, weshalb sie für den Leichtbau prädestiniert sind. Die Qualität einer Klebverbindungen kann jedoch nicht allein aus den Kennwerten der einzelnen Ausgangsmaterialien bestimmt werden, da diese im Wesentlichen vom Zusammenspiel der verwendeten Werkstoffe und dem sich dadurch ausbildenden Mehrschichtsystem in der Klebschicht abhängt. Als weitverbreitete Methode zur Bestimmung der Verbindungsqualität wird der Zugscherversuch eingesetzt, der jedoch auf stark vereinfachten Annahmen über die Spannungsverteilung in der Klebschicht beruht und den Mehrschichtaufbau vernachlässigt.
In einem abgeschlossenen Forschungsprojekt am Kunststoff-Zentrum SKZ und Fraunhofer IIS in Würzburg wurde deshalb zusammen mit Industriepartnern eine neue und mehrdimensionale in-situ Computertomographie-Messmethodik entwickelt, mit welcher die Messung der lokalen Verformungen diverser Klebverbindungen unter definierter Last ermöglicht wird. Dabei wurde zunächst ein solches in-situ CT-Messgerät mit einer Voxelauflösung von unter 10 µm für den herkömmlichen Zugscherversuch in Anlehnung an DIN EN ISO 1465 gefertigt und eine Software zur Auswertung der Messdaten mittels Digitaler Volumenkorrelation programmiert. Insgesamt wurden vier verschiedene vorwiegend elastische Polyurethan-Klebstoffe mittels in-situ CT untersucht, die lokalen Deformationen bei Belastung bestimmt und die daraus resultierenden Schubdehnungen berechnet. Im Zuge des Projektes konnte allerdings nicht gezeigt werden, dass die gemessenen lokalen Verformungen des Klebstoffs bei Belastung Aufschluss über örtlich vorherrschende Spannungen im Klebstoff geben.
Aktualisiert: 2022-10-27
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Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Untersuchung verschiedener Treibmittel und deren Einfluss auf das Formfüllverhalten von WPC im Spritzgießprozess. Für die Untersuchungen wurden verschiedene WPC-Rezepturen auf Polypropylenbasis hergestellt. Dabei variierten die Partikelgröße und Massenanteile an Holzfüllstoff, sowie die Fließeigenschaften der unterschiedlichen Kunststoffmatrices. Zur Verbesserung des Fließverhaltens beim Spritzgießen wurden chemische und physikalische Schaumbildner zugesetzt. Bei der Verarbeitung wurden Prozessparameter wie beispielsweise Werkzeugtemperatur, Einspritzgeschwindigkeit und Werkzeuginnendruck hinsichtlich ihres Einflusses auf die sich bildende Schaumstruktur untersucht. Charakterisiert wurden die geschäumten Bauteile mittels Computertomographie, mechanischer und thermischer Analysen. Weiterhin wurde das WPC-Material für Sandwichspritzgießversuche verwendet, um die Vorteile eines geschäumten WPCs mit einer kompakten Polymerhaut zu vereinen.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Die Terahertz-Prozesstomografie ermöglicht es, berührungslos und ohne strahlenschutz-technische Maßnahmen, Bauteile vollumfänglich zu untersuchen und anschließend, geometrisch zu rekonstruieren. Der Fokus dieses Projektes lag darin, innenliegende Fehlstellen zu erkennen und zu charakterisieren. Dazu wurden Mikrowellen-Radare im Frequenzbereich von 120 GHz bis 170 GHz genutzt. Diese bestanden aus einem Sender und drei Empfängern, welche sich kontinuierlich um ein Bauteil drehten. Die durch das Bauteil transmittierten bzw. gestreuten, sowie die reflektierten THz-Wellen wurden gemessen und ihre Dämpfung und Position bestimmt. Anhand dieser Daten wurde in einem zweiten Schritt eine Anomalie-Detektion entwickelt, die auf einem Wahrscheinlichkeitsdichteschätzer basiert. Dabei wurde eine Toleranzschranke erlernt. Wird bei einer kontinuierlichen Messung diese Toleranzschranke unterschritten, so liegt mit großer Wahrscheinlichkeit eine Defektstelle vor. Des Weiteren wurde die Ausbreitung der Terahertz-Strahlung mit einem geeigneten mathematischen Modell simuliert, um künstlich Messdaten erzeugen zu können und somit Vorarbeit für einen Rekonstruktionsalgorithmus geleistet.
Durch Optimierung der Prüfgeschwindigkeit im Laufe des Projektes und anhand der entwickelten Anomalie-Detektion kann vorliegende Messtechnik im Extrusionsprozess eingesetzt werden, um das Extrudat inline zu analysieren und bei einer Abweichung von einem Sollwert Alarm zu schlagen.
Aktualisiert: 2023-03-28
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Die optischen Eigenschaften der Produkte treten zunehmend in den Vordergrund. Für das Erscheinungsbild von Kunststoffprodukten und deren Veränderung im Laufe des Produktlebens hat das Einfärben der Kunststoffe eine zentrale Bedeutung.
Grundlagen, Anwendungsbeispiele und Lösungskonzepte
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- Ergänzung von Simulationsmethoden der Verfahrenstechnik (Kapitel 9)
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Aktualisiert: 2023-04-18
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