Prototypenfreie Tribo-Optimierung von Kunststoffbauteilen

AUFGABENSTELLUNG

Die prototypenfreie, simulationsbasierte Entwicklung wird im aktuellen Wirtschaftsgeschehen immer wichtiger und erfordert dringende Verbesserungen in derzeit wenig digitalisierten Bereichen. Einer dieser wenig digitalisierten Bereiche betrifft das tribologische Verhalten von Kunststoffen, also das Reibverhalten in Kontakten unter den jeweiligen Bedingungen der anvisierten Anwendung.
Um das Reibverhalten von Kunststoffbauteilen für eine anvisierte Anwendung hinsichtlich der bestehenden Anforderungen zu optimieren, kommen insbesondere Oberflächenstrukturierung und Additivierung zum Einsatz. Aktuell erfolgt diese Optimierung oder Auslegung von Kunststoffbauteilen allerdings nach dem trial-and-error-Prinzip in Laborversuchen an Entwicklungsstufen und Prototypen. Um diese experimentellen trial-and-error-Versuche zu reduzieren oder sogar vollständig durch virtuelles Design ersetzen zu können, wird die Entwicklung einer Softwarelösung angestrebt. Diese soll zukünftig auf Basis von Multiskalensimulationen für beliebige Anwendungsfälle eine rein computergestützte Optimierung und Auslegung von Kunststoffoberflächen hinsichtlich eines gewünschten Reibungsverhaltens ermöglichen.
 

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Ziel des Projektes ist es, als ersten Schritt für die Entwicklung der angestrebten Softwarelösung zur prototypenfreien tribologischen Optimierung aller Arten von Kunststoffbauteilen die grundlegenden Algorithmen, Simulationsprotokolle und Schnittstellen zu erarbeiten, die Machbarkeit des anvisierten Vorgehens an konkreten Beispielen im Vergleich zum Experiment nachzuweisen und ein durch weitere Forschung erweiterbares Softwarepaket zu generieren, welches bereits für ungeschmierte glatt-rau-Kontakte zwischen amorphen thermoplastischen Kunststoffen anwendbar ist.

NUTZEN | AUSBLICK

Die zu entwickelnde Softwarelösung soll einem späteren Anwender eine rein computergestützte Voraboptimierung oder Auslegung ermöglichen, bevor das Bauteil hergestellt bzw. der Kunststoff verarbeitet wird. Damit können trial-and-error-Optimierungsschleifen mit hohem Arbeits-, Material- und Energieaufwand vermieden, Entwicklungszeiten verkürzt, die Digitalisierung von Prozessen gefördert und die Flexibilität erhöht werden. Die zu entwickelnde Methode soll für die in Zeiten von Ressourcenknappheit und immer kürzeren Entwicklungszeiten immer wichtiger werdende prototypenfreie Entwicklung digitaler Zwillinge für Kunststoffbauteile zur Verfügung stellen, die auch das tribologische Verhalten berücksichtigen und zur Optimierung der Oberflächentopografie oder Kunststoffrezeptur hinsichtlich tribologischer Anforderungen eingesetzt werden können.