Spritzgießsimulation
Der Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten im Bereich Spritzgießsimulation liegt in der Verbesserung der Schwindungs- und Verzugssimulation von thermoplastischen Formteilen. Dabei arbeitet das Deutsche Kunststoff-Institut eng mit nationalen und internationalen Anbietern von 2,5D- und 3D-Spritzgießsimulationsprogrammen zusammen.
Bei der Berechnung von Formteilen aus teilkristallinen Thermoplasten muss das kristallisationskinetische Materialverhalten berücksichtigt werden. Am DKI werden daher Modellansätze entwickelt, die die Kristallisationskinetik ungefüllter sowie nanopartikel- und fasergefüllter Thermoplaste möglichst realitätsnah beschreiben (Abb. 1 und 2). Die Simulation faserverstärkter Thermoplaste erfordert zudem eine möglichst präzise Beschreibung und Modellierung der orientierungsabhängigen Materialeigenschaften wie Elastizitätsmoduln, Querkontraktionszahlen und thermischen Längenausdehnungskoeffizienten.
Zur Verifizierung der Materialmodelle und Stoffdatensätze werden Simulationsrechnungen mit einfachen platten- und stabförmigen Modellgeometrien sowie komplexen Praxisbauteilen durchgeführt und mit den Schwindungs- und Verzugsmaßen spritzgegossener Formteile verglichen.
Ein weiterer Schwerpunkt bildet die Entwicklung neuer Messgeräte und -methoden zur praxisnahen Ermittlung von Materialkennwerten für die Simulation. So wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts eine schnelle Abkühlvorrichtung zur pvT-Messung unter spritzgießtypischen Drücken und Temperaturen entwickelt (Abb. 3). Mit diesem Gerät können die Volumenschwindung sowie lokale Probentemperaturen über den gesamten Temperaturbereich von Schmelze- bis Raumtemperatur bei praxisnahen Abkühlgeschwindigkeiten gemessen werden. Die Messdaten dienen zur Verifizierung verbesserter kristallisationskinetischer Modelle für die Spritzgießsimulation.
Am Deutschen Kunststoff-Institut wurde ebenfalls ein neuartiges optisches Hochdruck-Dilatometer in Zusammenarbeit mit der Firma SITEC-Sieber Engineering AG (Schweiz) entwickelt. Das Gerät wird zur Ermittlung orientierungsabhängiger Materialeigenschaften von faserverstärkten Thermoplasten eingesetzt. Mit Hilfe einer beheizbaren Hochdruck-Messzelle und mehrerer Laser-Wegmesssysteme können die orientierungsabhängige thermische Ausdehnung und Kompressibilität an uniaxial orientierten Proben ermittelt werden (Abb. 4).
