Verbesserte Prozessstabilität bei der dreidimensionalen Papierumformung

Mehr Sichtbarkeit des Nicht-Sichtbaren

 

Auf dem Weg zu einer resilienten und souveränen Kreislaufwirtschaft besteht nach wie vor ein großer Bedarf an nachhaltigen Alternativlösungen für Kunststoffverpackungen. Ein wichtiger Ansatz dafür ist der Einsatz faserbasierter Packmittel, denn Papier und Karton werden als eine ökologisch vorteilhafte Alternative im Vergleich zu anderen Verpackungsmaterialien angesehen. Allerdings weisen diese Packmaterialien eine geringere Dehnfähigkeit und hohe Schwankungen in der Formteilqualität auf. Die inhomogenen Materialeigenschaften behindern die Herstellung komplexer Verpackungsdesigns und die bisher fehlenden Möglichkeiten einer zerstörungsfreien Messung und Quantifizierung der Materialeigenschaften erschweren eine gezielte Prozessregelung.

Im Rahmen des DFG-Projektes SimBoard entwickeln wir gemeinsam mit der TU Darmstadt ein Messverfahren zur Bestimmung der Papierstruktur sowie eine zugehörige Methode für die numerische Abbildung der inhomogener Materialeigenschaften in FEM-Simulationen, um diese so für Analysen „sichtbar“ zu machen. Die Ziele des Forschungsvorhabens liegen in der Erhöhung der Prozessstabilität sowie der Erweiterung der Anwendungsfelder der Papierumformung.

 

Mehr Prozessstabilität bei der Herstellung nachhaltiger Verpackungen  

 

Um die Projektziele zu erreichen, müssen die Zusammenhänge zwischen den inhomogenen physikalisch-strukturellen und den daraus resultierenden mechanischen, für die Verarbeitung relevanten Materialeigenschaften bekannt sein. Dafür wird im Forschungsprojekt die Messbarkeit dieser identifizierten Eigenschaften untersucht, um mögliche Korrelationen zu identifizieren.

Mit Hilfe einfacher und schneller Messverfahren soll eine Bewertung des Zusammenhangs zwischen dem maßgeblichen Inhomogenitätszustand des Materials und der damit einhergehenden Wirkung auf den Umformprozess ermöglicht werden. Das aus diesen Wirkzusammenhängen resultierende Werkstoffverhalten wird anschließend in einem numerischen Modell abgebildet.

Ziel hierbei ist eine Methodenentwicklung zur numerischen Abbildung der stochastischen Materialdaten. Gleichzeitig wird die Rissinitiierung (Schädigung) während des Umformprozesses dargestellt. Abschließend können so Handlungsempfehlungen für eine erhöhte Prozessstabilität beim Papierumformen sowie der Realisierung neuer Umformgeometrien und -abmaße abgeleitet werden.

 

Qualitätssicherung und neue Anwendungs- und Designmöglichkeiten

 

Durch die gezielte Erfassung der vorhandenen Schwankungen in der Papierstruktur und die dadurch mögliche frühzeitige Einleitung geeigneter Maßnahmen zur Anpassung und Optimierung des Umformprozesses erlaubt die Methode zur numerischen Abbildung der Materialinhomogenität faserbasierter Packmittel eine qualitätsgerechte Formteilherstellung sowie die Entwicklung gänzlich neuer Verpackungsdesigns.

Darüber hinaus ermöglichen die Untersuchungen einen grundlegenden Erkenntnisgewinn in Bezug auf die sich tatsächlich ergebenen Umformmechanismen von Papier aufgrund unterschiedlicher Materialstrukturen. Daraus lassen sich entsprechende Empfehlungen für die umformgerechte und qualitätsgerechte Papierherstellung ableiten. Daraus resultieren eine Verminderung von Ausschuss, einer Erhöhung der Prozessstabilität sowie ein erweitertes Anwendungsspektrum der Papierumformung.

Weitere Vorteile auf einen Blick:

• gezielte Papierentwicklung durch quantifizierbare und messbare Schwankungen der Materialeigenschaften,
• Kosten- und zeiteffiziente Fehler-Ursachen-Analyse
• schnellere Marktreife und Marktzugang neuer Materialien und Verpackungen
• Reduktion von Produktionsausfallzeiten und -ausschüssen sowie Ressourcenschonung durch Minimierung des Materialeinsatzes

Haben Sie Fragen oder wünschen Sie weitere Informationen zu unserem Forschungsprojekt?  Wenden Sie sich gerne an uns!

 

Projektinformationen SimBoard

 

Projektlaufzeit	1. Januar 2021 bis 31.Dezember 2023
Kooperationspartner	TU Darmstadt (Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen)
Projektträger /Zuwendungsgeber:	Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)