Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAIWährend in der industriellen Produktion und im industriellen Dauerbetrieb digitale Zwillinge von einzelnen Maschinen und Anlagen bereits zu deutlichen Effizienzsteigerungen durch z.B. verbesserte Produktionskontrolle und Maschinenwartung führen, ist ihr Potential für die wertschöpfungsübergreifende und materialgetriggerte Prozesssteuerung noch weitgehend ungenutzt. Dies gilt insbesondere für die zunehmende Serienproduktion von kunststoffbasierten Composite-Strukturen.
Der digitale Zwilling für thermoplastische Composite (digitalTPC) soll dieses Potential anhand der sich gerade am Markt etablierenden großserienfähigen Hybrid-Spritzgusstechnologie, bei der kontinuierlich faserverstärkte Thermoplast-Composite-(TPC-)Halbzeuge umgeformt und hinterspritzt werden, demonstrieren. Insbesondere die komplexe und heterogene Mikrostruktur des Verbundwerkstoffs selbst sowie seine Beeinflussung durch den Fertigungsprozess bei der Herstellung von Halbzeugen und Strukturbauteilen stellt eine enorme Herausforderung für die Prozesskontrolle und die Qualitätssicherung dar und erfordert eine durchgängige Digitalisierung des kompletten Produktionsprozesses.
Das Projektvorhaben digitalTPC zielt dabei auf die übergreifende und ganzheitliche Betrachtung aller, z.T. an unterschiedlichen Standorten stattfindenden, Teilprozessschritte von der Halbzeug- bis zur Bauteilherstellung.
- Dabei sollen mit Hilfe geeigneter prozessintegrierter und kognitiver Sensorik durch das Fraunhofer-Institut IZFP ausgewählte relevante Material-, Prozess- und Bauteilmerkmale (z.B. Faserorientierung, Porengehalt, Halbzeugdicke) wenn möglich in lokaler Auflösung durchgängig über die gesamte reale Wertschöpfungskette vermessen und erfasst werden.
- Im Rahmen des digitalen Zwillings soll anschließend durch Fraunhofer SCAI die Analyse der gemessenen Sensordaten, die Verknüpfung mit einer durchgängigen Simulationskette über alle Prozessstufen sowie die Rückkopplung an Prozesse und Maschinen erfolgen.
- Neben dem Werkstoff-Know-how sind die notwendige Fertigungsanlagentechnik sowie Werkzeuge für Demonstratorstrukturen an den Fraunhofer-Instituten IMWS (Tape-Halbzeugherstellung) und ICT (Tapelege-, Konsolidierungs- und Spritzgießtechnologie) im industrierelevanten Maßstab verfügbar. Die Aufteilung der Wertschöpfungskette auf diese beiden Institute spiegelt zugleich die industrietypische Beziehung zwischen Material/Halbzeughersteller und Bauteilhersteller wider.