Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Geometriespezifische Auslegung des Drapierprozesses für FVK-Bauteile

In Deutschland beschäftigen sich aktuell etwa 200 kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in der FVK-Branche mit dem Preformingprozess und der anschließenden Harzinfusion. In diesen KMU wird das Drapieren flacher textiler Halbzeuge in einem dreidimensionalen endkonturnahen Preform noch vielfach manuell durchgeführt. Dieser Prozessschritt stellt den Grund für hohe Herstellungszeiten und -kosten, sowie schwankender und teilweise mangelhafter Preformqualität dar, dessen Defizite sich aus der unzureichenden Produktentwicklung ableiten lassen. Diese entstehen bei den KMU dadurch, dass textile Einflussfaktoren für den Preformprozess nicht genügend berücksichtigt werden, da zum einen die Erfahrung im Umgang mit Verstärkungstextilien fehlt und zum anderen die Kosten für die nötigen FEM-basierten Drapiersimulation für die KMU nicht wirtschaftlich tragbar sind.

Das Ziel des geplanten Forschungsprojektes „OptiDrape“ ist daher Entwicklungszeit um 50% zu reduzieren sowie Drapierfehler in der Preformfertigung zu reduzieren. Zudem sollen die KMU keine Drapiersoftware mehr benötigen. Hierzu wird im Vorhaben eine Systematik erarbeitet, die es ermöglicht ohne die Anschaffung kostenintensiver Simulationssoftware eine Auswahl geeigneter Textilien bei vorgegebener Geometrie oder eine Geometrieempfehlung bei vorgegebenem Verstärkungstextil zu erarbeiten. Die Systematik kann vor dem Preformingprozess schon das Preformergebnis vorhersagen und noch im Konstruktionsprozess den Fehlern entgegenwirken, indem sie Empfehlungen zur Buateilgeometrie und die Textilauswahl ausspricht.

Da für die KMU im FVK-Sektor Bauteilserien von 10-1000 Stück üblich sind, entfallen 1/3 der Gesamtbauteilkosten auf die Produktentwicklung. Bei der angestrebten Reduzierung der Produktentwicklungskosten von 50% ergibt sich ein Einsparpotential von ca. 34,5 Mio. € bei einem Gesamtumsatz von 700 Mio. €.

Ergebniszusammenfassung:

In Deutschland beschäftigen sich aktuell etwa 200 kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in der FVK-Branche mit dem Preformingprozess und der anschließenden Harzinfusion. Das Drapieren flacher textiler Halbzeuge in einem dreidimensionalen endkonturnahen Preform wird von KMU noch vielfach manuell durchgeführt. Gleichzeitig stellt das Drapieren den Schlüsselprozess bezüglich hoher Herstellungszeiten und -kosten sowie schwankender defizitärer Preformqualität dar.

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde eine neue Methodik zur Optimierung des Drapierprozesses während der Preformherstellung mit Hilfe KI-basierter Verfahren entwickelt. Dieses Verfahren verfügt über zwei Schnittstellen. Die erste ermöglicht erstmals eine qualitative geometriespezifische Bewertung der Drapierbarkeit mit Hilfe maschineller Lernverfahren durchzuführen. Dazu wurde im Rahmen des Projektes eine umfassende Materialcharakterisierung durchgeführt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde eine Drapiersimulation entwickelt. Die resultierenden Daten wurden für das Training des neuronalen Netzes verwendet. Anschließend folgte eine geometriespezifische Optimierung durch einen evolutionären Algorithmus. Diese Umsetzungen wurden im OptiDrape-Tool zusammengeführt und mit einer graphischen Benutzeroberfläche ausgestattet. Das im Projekt entwickelte Tool ermöglicht die Verkürzung des Herstellungsprozesses neuer Drapierformen für die Herstellung von Preforms. Die öffentlich zur Verfügung gestellte Software ermöglicht es Unternehmen, die im Projekt erzielten Ergebnisse einzusetzen und entsprechend ihrer Anforderungen weiterzuentwickeln. Zudem wird neuen Unternehmen der Einstieg in den Drapierprozess erleichtert.