Ein zentraler Schwerpunkt innerhalb von Mobilise ist der hybride Leichtbau, der in der Open Hybrid LabFactory e. V. (OHLF) erforscht wird. Eine besondere Herausforderung für die Entwicklung neuer Technologien zur Herstellung funktionaler Strukturen in Multimaterial-Bauweise besteht in der Entwicklung geeigneter Simulationsmethoden zur Auslegung und Bewertung von Fertigungsprozessen, Prozessketten und Fabriken. Hierzu ist eine Nachwuchsgruppe "Simulationsmethoden für die Fertigung und Prozesskettenauslegung hybrider Bauteile" zur Vernetzung der Kompetenzen der beteiligten Forschungseinrichtungen in der OHLF installiert.
Ziel der Nachwuchsgruppe ist der Aufbau einer innovativen mehrschichtigen Simulationsumgebung, die verschiedene Einzelmodelle koppelt. Diese Kopplung wiederum dient im Sinne einer ganzheitlichen Produktbetrachtung ebenfalls einer Prozess- bzw. Prozesskettensimulation, um technologische, ökonomische und ökologische Forschungsfragen zu adressieren.
Im Kontext der OHLF werden hauptsächlich hybride Umform- und Spritzgussprozesse betrachtet. Anhand der realen Fertigungsprozesse werden Prozess- und Maschinendaten erfasst und mit Hilfe von Data Analytics ausgewertet. Zusätzlich werden moderne Simulationsmethoden eingesetzt, um die Fertigungsprozesse, z.B. mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode, abzubilden. Durch den Abgleich von realem Bauteil mit virtuellem Bauteil sowie den Prozess- und Maschinendaten, werden Simulation und Prozess optimiert, was zu einer verbesserten virtuellen und digitalen Prozessabsicherung führt.
Für die virtuelle Funktionsauslegung hybrider Bauteile ist es beispielsweise zwingend notwendig die Mikrostruktur und den Fertigungsprozess in der Struktursimulation zu berücksichtigen. Die Übertragung der Ergebnisse aus der Prozesssimulation auf das Strukturbauteil liefert ein detailliertes Modell für die Beanspruchungsanalyse. Durch eine Rückkopplung der Ergebnisse in die Prozesssimulation und in die konstruktive Gestaltung des Bauteils, werden zudem Prozess und Bauteil funktionsgerecht angepasst.
Im Sinne einer Multi-Skalen Simulation schließt sich die Prozesskettensimulation an die Prozesssimulation an. Das Prozesskettenmodell beschreibt dabei das Zusammenwirken verschiedener Maschinen und zugehöriger Prozesse. Die Prozesskettensimulation zielt auf den Betrieb von Maschinen ab, um ihre Verfügbarkeit zu ermitteln, die Werte von Zustandsgrößen (z.B. elektrischer Leistungsbedarf) und Kennzahlen (z.B. Auslastung) zu bestimmen und zusammenzufassen. Die Prozesskettensimulation ermöglicht es darüber hinaus, den Fluss von Produkteinheiten und die Evolution von Produktmerkmalen zu verfolgen sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Produkttypen auf Kennzahlen (z. B. Auslastung, Energiebedarf) zu untersuchen.
Zusätzlich zu den simulativen Betrachtungen zur Prozessauslegung werden die Prozesse im Rahmen einer Prozessdatenerfassung und -analyse untersucht und wichtige Zusammenhänge transparent aufbereitet. Über die Einbindung in das Life Cycle Design & Engineering Lab bietet sich zudem eine interaktive Arbeitsumgebung für die Verknüpfung der Ergebnisse der gekoppelten Prozess- und Struktursimulation mit den realen Prozessdaten des Technikums. Somit können Prozesse, Prozessketten, Maschinen und Bauteileigenschaften optimiert und im Gesamtkontext Fabrik aufeinander abgestimmt werden.
Projekte:
AiF-IGF: Integrierte Prozesssimulation von Thermoformen und Spritzguss, in Kooperation mit IFUM, LUH, bewilligt, läuft seit 01.02.19.
