Spritzgießwerkzeuge sind starken mechanischen Belastungen und hohen Drücken ausgesetzt. Eine Unterdimensionierung kann schnell zu Werkzeugschäden oder Qualitätsmängeln der herzustellenden Bauteile führen. Eine strukturmechanische Simulation kann helfen, um in frühen Entwurfsphasen potenzielle wirtschaftliche Schäden zu vermeiden oder Lösungen für vorhandene fehlerhafte Werkzeuge zu finden. 

Es zeigt sich jedoch, dass vereinfachende Betrachtungen von Werkzeugen für strukturmechanische Simulationen nicht ausreichen. Die Systemgrenzen müssen erweitert werden, um auch den Einfluss der Spritzgießmaschine auf die Gesamtsteifigkeit zu erfassen. In diesem Vortrag wird dieser Einfluss beleuchtet. 

Mit dem Green Deal hat sich die Europäische Union zum Ziel gesetzt, bis 2050 klimaneutral zu werden. 2020 wurde mit dem neuen Aktionsplan für eine Kreislaufwirtschaft seitens der Europäischen Kommission ein Maßnahmenpaket für die Fortentwicklung der Kreislaufwirtschaft in Europa beschlossen. Einige seinerzeit beschlossenen Maßnahmen befinden sich in der politischen Umsetzung, wie beispielsweise die Europäische Verpackungsverordnung (Packaging and Packaging Waste Regulation, PPWR) und die Altfahrzeugverordnung (End-of–life Vehicle Regulation). Die vorliegenden Entwürfe dieser Rechtsakte enthalten ambitionierte Rezyklateinsatzziele, welche künftig bei der Weiterverarbeitung von Kunststoffen berücksichtigt werden müssen. Es wird ein Überblick über die künftigen kreislaufwirtschaftlichen Anforderungen im Kunststoffbereich bereitgestellt. 

Um die virtuelle Validierung von Spritzgussteilen im industriellen Kontext in vollem Umfang einsetzen zu können, müssen wir professionelle Werkzeuge für die Übertragung der Unsicherheit der Designvariablen entlang der aktuellen Simulationsabläufe bereitstellen. Heutzutage sind diese Simulationsabläufe festgelegt, berücksichtigen aber nicht die Schwankungen, die ein natürliches Merkmal unserer physikalischen Welt und ein Schlüsselelement des resilienten Designs sind. Darüber hinaus ist die Berücksichtigung der Schwankungen besonders relevant, wenn man sich mit Recyclingmaterialien befasst, da häufig größere Schwankungen in den Materialeigenschaften vorliegen.

Wir stellen ein virtuelles Modell für die Berücksichtigung von Schwankungen in der Spritzgusssimulation vor, indem wir Autodesk® Moldflow® und ein internes Python-basiertes Tool für die Erzeugung und Nutzung von Metamodellen verwenden. Als konkretes Beispiel betrachten wir den Fall von mechanisch recycelten kurzfaserverstärkten Thermoplasten als Rohmaterial für das Spritzgießen. Zunächst wird die tatsächliche Schwankung der Faserlänge und der Scherviskosität eines hauseigenen, mechanisch recycelten, glasfaserverstärkten PBT diskutiert und anschließend ein virtueller Arbeitsablauf vorgestellt, wie die Schwankungen dieser Materialeigenschaften in die Abschätzung der Faserorientierung berücksichtigt werden können. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für das computergestützte anisotrope mechanische Design. Abschließend geben wir einen Ausblick auf Softwaretools, die verwendet werden können, um die Weitergabe der Schwankungen in der Prozesskette bis in den Bereich der Struktursimulation zu ermöglichen.

Post-Consumer Recycelte (PCR) Kunststoffe werden eine entscheidende Rolle spielen, wenn es darum geht, die Ziele der bevorstehenden Altfahrzeugverordnung der EU zu erfüllen. Gemäß dieser Verordnung müssen 25% der Kunststoffe für den Bau neuer Fahrzeuge recycelt werden.

Mit ausreichender Erfahrung bei der Werkstoffauswahl und der Qualitätskontrolle des Ausgangsmaterials und des endgültigen Compounds können PCR-Werkstoffe zu einer Qualität aufbereitet werden, die der von Neuware entspricht. Die Unsicherheit in Bezug auf die Qualität von PCR-Materialien führt jedoch häufig zu einer zurückhaltenden Verwendung dieser Materialien.

In dieser Präsentation werden Chargenschwankungen von PC/ABS auf fossiler Basis und PC/ABS mit 50 % PCR-Anteil miteinander verglichen. Basierend auf den Schwankungen wird ein Ansatz entwickelt, um die Auswirkungen der unterschiedlichen Chargen bereits in der Konstruktionsphase mit Moldflow abzuschätzen. Ziel ist es, zu bewerten, wie sich die Qualität der PCR-Materialien auf Qualitätskriterien wie die Maßhaltigkeit eines Teils auswirkt, und eine Bandbreite der zu erwartenden Abweichungen zu liefern. Letztendlich soll der Konstrukteur in die Lage versetzt werden, fundiertere Entscheidungen bei der Auswahl nachhaltiger Materialien zu treffen.

Moldflow bietet bereits sehr viele Berechnungsmöglichkeiten verschiedener Sonderverfahren, dennoch gibt es oft spezielle Aspekte, die in der Standard-Version nicht simuliert werden können. Dafür eröffnet die Synergy API dem fortgeschrittenen User ein enormes Potenzial, die Simulationsmöglichkeiten selbst zu erweitern. In diesem Vortrag wird gezeigt, wie über die Synergy API und eigene Python-Skripts ein Schadensmechanismus beim Folienhinterspritzen einer Multi-Layer-Folie implementiert werden konnte. Dafür wurden vorhandene Ergebnisse (Temperaturen, Schubspannungen) aus Moldflow exportiert und in Python-Skripts für eine eigene empirisch entwickelte Formel verwendet, welche die auftretenden Schubspannungen, Temperaturen und den Aufschmelzgrad einer Folienkomponente mit der experimentell ermittelten Foliendeformation beim Umspritzen korrelierte. Der damit ermittelte Deformationsgrad konnte dann wieder in Moldflow importiert und als Farbplot dargestellt werden. Damit wurde der Prozess in Hinblick auf möglichst geringe Schädigung optimiert und experimentell validiert. Die an diesem Beispiel veranschaulichte Methodik lässt sich auch auf viele andere spezielle Problemstellungen anwenden.

Die Elektromobilität benötigt neue Leichtbaustrategien auf Grund des Mehrgewichts der Batterien. Diese Lösungen müssen einerseits thermischen Randbedingungen, z.B. den „thermal runaway“ der Batterie, als auch mechanische Randbedingungen, z.B. den Impakt, überstehen. Eine dieser Lösungen sind LFT-Tape-Sandwiches, wie sie z.B. beim Q6 e-tron in Serie zum Einsatz kommen (siehe Abbildung 1).

Für die Prozesssimulation stellen solche Bauteile mit ihren Dimensionen zwischen 1- 3 m²und den vielen Prozessschritten große Herausforderungen dar. Hierbei wird zunächst das Tapes aufgeheizt, dann das extrudierte LFT-Plastifikats auf das untere Tape gelegt und mit dem zweiten Tape bedeckt. Im Anschluss findet ein Transfer ins Werkzeug statt, bevor das Fließpressen beginnt. Hierbei ist die Temperaturverteilung im Tape und LFT bei Pressbeginn entscheidend für die Füllung des Bauteils und dessen Bauteilqualitäten. Aus diesem Grund hat die Simutence eine virtuelle Prozesskette entwickelt, welche das thermische Simulationstool SimuTherm als zentrales Tool nutzt, um die initiale Temperatur in Abhängigkeit des Handlings zu bestimmen und in Moldflow zu initialisieren. Diese virtuelle Prozesskette wird in dieser Präsentation an einem Tape-LFT-Sandwich Unterboden, welcher zusammen mit AUDI, ElringKlinger und dem Fraunhofer ICT und IGCV im Rahmen des öffentlich geförderten Projekt protECOlight entwicklet wurde, demonstriert und validiert.

Bei Elektronikgehäusen führen anspruchsvolle Maßtoleranzen zu langen Werkzeugkorrekturschleifen. Um die Teilequalität zu verbessern und den Aufwand für Werkzeugkorrekturen zu reduzieren, ist eine genaue Verzugsvorhersage von entscheidender Bedeutung.

Ein Spritzguss-Versuchswerkzeug wurde angefertigt um Gehäuse mit unterschiedlichen Anspritzpunkten und Gehäusegeometrien zu realisieren. In dieser Präsentation werfen wir einen Blick auf Gehäuse aus PA66 GF30 %, gefertigt mit unterschiedlichen Angusssystemen und Geometrieoptionen.

Verglichen wurde der gemessene Verzug an Formteilen gegenüber dem Verzug aus der Simulation.  Dabei wird die Verzugsvorhersage von MOLDFLOW auf die Probe gestellt.

Abschließend blicken wir auf die Erkenntnisse der Versuche und wie diese unseren Designprozess von Elektronikgehäusen verbessert haben.

Die Ermittlung eines geeigneten rheologischen Modells für Thermoplaste, das genaue Vorhersagen für den Mikrospritzgussprozess ermöglicht, ist ein Thema von aktueller Bedeutung und großem wissenschaftlichen Interesse. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine hohe Genauigkeit und kleinste Merkmale im Spiel sind, zum Beispiel in Szenarien mit winzigen Geometrien, wie sie in mikrofluidischen Geräten für biomedizinische Anwendungen vorkommen.

In diesem Zusammenhang untersuchte die aktuelle Studie das rheologische Verhalten von thermoplastischen Materialien während des Mikrospritzgießprozesses. Insbesondere wurden die Abweichungen zwischen simulierten Vorhersagen und realen Experimenten, die auf der DesmaTec FormicaPlast 1K Mikrospritzgießmaschine durchgeführt wurden, analysiert.

Es wurde eine Sensitivitätsanalyse der wichtigsten Parameter des Viskositätsmodells durchgeführt, um einen klaren Aufschluss über mögliche Eingriffsmöglichkeiten bei den Parametern des rheologischen Referenzmodells zu erhalten, die den größten Einfluss auf die Viskosität haben.

Die Vergleiche zwischen den simulierten Füllanalysen und den aus Experimenten resultierenden Analysen basierten auf den Antwortgrößen, die aus einem mit Instrumenten ausgestatteten Zwei-Kavitäten-Mikrowerkzeug gewonnen wurden. Hier wurden zwei Sensoren verwendet, die   Schmelzedruck und -temperatur an den entsprechenden Sensorpositionen, Druck- und Temperaturschwankungen zwischen den beiden Sensoren sowie die Zeit aufnehmen, die die Schmelze benötigt, um zwischen den beiden Sensoren zu fließen.