Neue Materialien neue Prozesse Herausforderungen für die Kunststoffverarbeitung

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Gerda Esser
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1 Neue Materialien neue Prozesse Herausforderungen für die Kunststoffverarbeitung Institut für Metallische Werkstoffe Prof. Dr.-Ing. Berthold Scholtes Kunststoff- und Recyclingtechnik Prof. Dr.-Ing. Andrzej Bledzki Qualität und Zuverlässigkeit Prof. Dr. rer. nat. Angelika Brückner-Foit 1

-Ing. Berthold Scholtes Kunststoff- und Recyclingtechnik Prof. Dr.-Ing. Andrzej Bledzki Qualität und Zuverlässigkeit Prof.

2 Neue Materialien neue Prozesse Herausforderungen für die Kunststoffverarbeitung Anfang 2 Aspekte 2

3 Neue Materialien neue Prozesse Herausforderungen für die Kunststoffverarbeitung Neue Neue Materialien 1. Aspekt + Prozesstechnik Was haben die beiden Technologiebereiche miteinander zu tun? Neue Neue Prozesse 3

Aspekt + Prozesstechnik Was haben die beiden

4 Was ist zu tun? 2. Aspekt Welche Materialien und Prozesse sind zukünftig wichtig? 4

5 Was ist zu tun? 2. Aspekt Studie Welche Materialien und Prozesse sind zukünftig wichtig? Initiative zur Zukunft der Produktionsforschung 5

6 3 ausgewählte Themenbereiche Adaptive Produktion Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Intelligente Produkte 6

7 3 ausgewählte Themenbereiche Adaptive Produktion Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Intelligente Produkte 7

8 Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Integrierte Prozesse Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere Leichtbau 8

9 Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Integrierte Prozesse - GIT Blow - Direktsandwich - In Mould Welding - In-Mould-Welding GIT Blow Direktsandwich Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere Leichtbau 9

10 Beispiel: In-Mould-Welding Erwärmen Umstellen Fügen 10

11 Beispiel: In-Mould-Welding Erwärmen Umstellen Fügen Verkürzung der Prozesskette durch Integration 11

12 Beispiel: In-Mould-Welding Erwärmen Umstellen Fügen Verkürzung der Prozesskette: Kürzere Durchlaufzeiten Weniger Platzbedarf Geringerer Energieverbrauch Bessere Reproduzierbarkeit Qualitätsverbesserung 12

Durchlaufzeiten Weniger Platzbedarf Geringerer

13 Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Integrierte Prozesse Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere (Prof. Bledzki) - Naturfasern - BAWs - Biobasierte Polymere - Natur- und Holzfasern Cellulosefasern Faseroberflächenmodifizierung Bio basiertes PA 6 Polylactide (PLA) Leichtbau 13

Bledzki) - Naturfasern - BAWs - Biobasierte Polymere - Natur- und

14 Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Integrierte Prozesse Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere Leichtbau - Geschäumte Materialien - Composite - KS-Metall-Hybride - 14

15 Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Pull and Foam Integrierte Prozesse Nachwachsende Rohstoffe und Biopolymere Kunststoff-Metall-Hybride Leichtbau - Geschäumte Materialien - Composite - KS-Metall-Hybride - 15

Biopolymere Kunststoff-Metall-Hybride Leichtbau -

16 Kunststoff-Metall-Hybride Typische Anwendung: Strukturbauteile BMW Frontend (1er, 3er, X3) Audi A6 16

17 Kunststoff-Metall-Hybride Übliche Werkstoffkombination: Stahlblech-Kunststoff-Strukturen Bild: Rehau Bild: Evonik 17

18 Kunststoff-Metall-Hybride KS-Metall-Hybride mit massiven gegossenen Metallstrukturen 18

19 Kunststoff-Metall-Hybride Gegossene Metallstrukturen KS-Metall-Hybride mit massiven gegossenen Metallstrukturen Typische Bauteilanforderungen Hybrid-Konstruktion Herstellverfahren: Umspritzen von Gussstrukturen - hohe thermische Beanspruchung - hohe mechanische Beanspruchung - zyklische Belastung (Dauerbeanspruchung) (thermisch, mechanisch, Medieneinfluss) 19

Herstellverfahren: Umspritzen von Gussstrukturen - hohe thermische Beanspruchung - hohe

20 Kunststoff-Metall-Hybride Gegossene Metallstrukturen 2 ungleiche Partner 20

21 Kunststoff-Metall-Hybride Gegossene Metallstrukturen Stark vereinfacht dargestellt: Man will einen sich annähernd linear verhaltenden Werkstoff mit einem zusammenbringen, der sich stark nichtlinear, temperaturabhängig, zeitabhängig, anisotrop verhält. 2 ungleiche Partner 21

22 Kunststoff-Metall-Hybride Gegossene Metallstrukturen Wir werden uns intensiv auseinandersetzen müssen mit: Überlagerung aller vorkommenden Spannungszustände (Eigenspannungen + Lastspannungen) Gleichzeitige Temperaturwechselbeanspruchung (thermische Spannungen) Überlagerung mit Medieneinflüssen 2 ungleiche Partner Vor allem auch im Hinblick auf das Langzeitverhalten 22

23 3 ausgewählte Themenbereiche Adaptive Produktion Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Intelligente Produkte 23

24 Intelligente Produkte Produkte mit Funktionenintegration Ziel der Funktionsintegration: möglichst wenige Bauteile möglichst viele technische Funktionen 24

25 Intelligente Produkte Produkte mit Funktionenintegration Materialien und Prozesse für deren Herstellung 25

26 Funktionenintegration Modifizierung von linearem PMMA mit räumlich vernetzten PMMA-Kolloiden KELTOP intelligente Kunststoffverscheibung (Elektrochromie) Eigenverstärkte Thermoplaste (Prof. Bledzki) PP-PP Faser-Matrix Verbunde Verstreckte PP-Bändchen Systeme Gradierte/ lokal unterschiedliche Eigenschaften 26

27 Modifizierung von linearem PMMA mit räumlich vernetzten PMMA-Kolloiden Ziel: Modifiziertes PMMA Grundidee: Eingebrachte Kolloide führen zu Verschlaufungen der Kettenmoleküle (Quellen der Kolloide) Effekte: Mechanisch und thermisch verbesserte Eigenschaften 27

28 KELTOP intelligente Kunststoffverscheibung (Elektrochromie) Ziel: 3D Scheibe aus Kunststoff Methode: Schichtaufbau so dass durch Spannung (V) die Transmission geändert werden kann Unsere Aufgabe: Verarbeitungsverfahren d.h.: - Mit Thermoformen oder Folienhinterspritzen verarbeitbar - Eignung für die Bau- und Automobilindustrie 28

29 KELTOP intelligente Kunststoffverscheibung (Elektrochromie) Ziel: 3D Scheibe aus Kunststoff Methode: Schichtaufbau so dass durch Spannung (V) die Transmission geändert werden kann Unsere Aufgabe: Verarbeitungsverfahren d.h.: - Mit Thermoformen oder Folienhinterspritzen verarbeitbar - Eignung für die Bau- und Automobilindustrie 29

30 Elektrochromie Elektrochromie ist nicht neu - Stand der Technik -Verschiedene Institute und Unternehmen haben in den letzten Jahren EC-Systeme vorgestellt - Als Substrat wurde Glas verwendet Quelle: Neu ist die Kombination aus: Kunststoff als Substrat 3-Dimensionalität Umformbarkeit des Verbundes Quelle: 30

31 3 ausgewählte Themenbereiche Adaptive Produktion Werkstoff-, Prozess- und und Energieeffizienz Intelligente Produkte 31

32 Adaptive Produktion Intelligente Verknüpfung von Prozessen und Prozessketten Einbindung von kunststofftechnischen Verarbeitungsschritten in die Fertigung Wandlungsfähige Produktionsprozesse 32

33 Adaptive Produktion Intelligente Verknüpfung von Prozessen und Prozessketten Einbindung von kunststofftechnischen Verarbeitungsschritten in die Fertigung Wandlungsfähige Produktionsprozesse Ziele: Kostenreduzierung Reproduzierbarkeit der Q Wege: Vereinfachung von Prozessketten Neue Produktlösungen Neue prozesstechnische Lösungen Unser Weg: Modularisierung von Verund Bearbeitungsschritten 33

34 Ende 2. Aspekt 1. Aspekt Welche neuen Materialien und Prozesse Werkstoff und Prozess: Welcher Herausforderung stellen wir uns? 34

35 Material Stoffverhalten Technologie Design Design Prozessführung 35

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