ProTHiC – Process Simulation and Tool Compensation Methodology for High Temperature Composite Processes
In diesem Projekt wird eine komplette Simulationskette für ein Hochtemperaturfertigungsverfahren zur Unterstützung des Werkzeugdesignprozesses entwickelt.
Projektpartner
RISE Research Institutes of Sweden (Koordinator), Nexam Chemical AB, Alpex Technologies GmbH, GKN Aerospace (Topic Manager)
Laufzeit
01.11.2018 – 31.10.2021
Fördergeber
Europäische Kommission
Motivation
Die Anforderung immer effizientere und treibstoffsparende Flugzeuge zu entwickeln, führt zu einem vermehrten Einsatz von Composite Werkstoffen in strukturellen und hochbelasteten Komponenten in der Luftfahrt. Im ProThiC Projekt wird ein Teil der Flugzeugturbine aus Kohlenstofffaser verstärkten Kunststoffen gebaut. Der Einsatz von Kunstoffen, die für Betriebstemperaturen von über 300°C ausgelegt sind erfordert auch das Prozessieren bei hohen Temperaturen. Dem Design der Herstellwerkzeuge kommt aufgrund der thermischen Dehnungen im Prozess eine besondere Bedeutung zu. Dieser Entwicklungsprozess wird durch eine durchgängige Prozesssimulation unterstützt. Durch die Berechnung von Prozesseinflüssen auf das finale Bauteil, können aufwändige und teure Nachbearbeitungsschritte reduziert werden.
Vorgehen
Das Schaubild zeigt die im Projekt angewandte Methode für die Prozesssimulationskette am Beispiel eines L-Profils. Ausgehend von einer initialen Werkzeuggeometrie wird das Drapierverhalten des trockenen Carbongewebes untersucht. Neben der Faserorientierung ergibt sich die Dickenverteilung, die genutzt wird um das 3D-Modell zu erstellen. Mit dieser Geometrie wird eine Kompaktierungssimulation durchgeführt, die eine Vorhersage der Verteilung finalen Faservolumengehalts ermöglicht. In der Injektionssimulation wird das Füllverhalten während der Tränkung mit dem Kunststoff untersucht. Die Aushärtesimulation ermöglicht die Berechnung interner Spannung die während des Aushärtens entstehen. Der Abbau dieser Spannungen kann zum Bauteilverzug führen, der zu Werkzeugkompensation genutzt wird. Der Schwerpunkt des LCC liegt auf der Entwicklung eines neuen Kompaktierungsmodells und der Untersuchung der Kompaktierungseffekte auf das anschließende Füllverhalten.
Publikationsliste
Bublitz, D.; Angstl, M.; Hartmann, M.; Drechsler, K.: Implementation of a viscoelastic material model to predict the compaction response of dry carbon fiber preforms. 30th SICOMP Conference - Manufacturing and Design of Composites, 2019
Danksagung
Dieses Projekt wurde vom Clean Sky 2 Joint Undertaking im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 821019 finanziert. Diese Veröffentlichung spiegelt nur die Ansichten des Autors wieder und die Europäische Union haftet nicht für jegliche Verwendung die darin enthaltenen Informationen.
Ansprechpartner
Dennis Bublitz, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba