Umformen mittels örtlich variabel vaporisierender Aktuatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391967465

Das Umformen mittels vaporisierender Aktuatoren („VFAF - Vaporizing Foil Actuator Forming“) ist ein relativ junges, flexibles Hochgeschwindigkeitsfertigungsverfahren. Durch eine schlagartige Stromentladung einer Kondensatorbank über eine Aluminiumfolie verdampft diese (Bersten) und wirkt somit als expandierender Einwegaktuator, so dass eine impulsartige Blechumformung erfolgen kann. In der ersten Projektphase wurden zwei Hauptziele erreicht: Zum einen wurde ein Prozessmodellierungsansatz etabliert, um das multiphysikalische Prozessverständnis zu steigern. Dabei erfolgt zunächst die Modellierung der elektrischen Energieeinbringung bis zu dem Berstpunkt, woraus Anfangswerte für die anschließende mechanische Umformsimulation resultieren. Zum anderen wurde dieses zweistufige Prozessmodell für die Erprobung eines prädiktiven Auslegungskonzeptes unter Berücksichtigung bauteilindividueller Optimierungsaspekte genutzt. So wurde erstmalig ein Bauteil mit unterschiedlichen Ausformhöhen durch die Parallelschaltung verschiedener Aktuatoren realisiert.Das Ziel der zweiten Phase des Forschungsvorhabens besteht vor allem darin, die Flexibilität des VFAF-Verfahrens weiter zu steigern. Dazu soll der dynamische Charakter des Prozesses gezielt genutzt werden, um die Abhängigkeit von geometriegebundenen, massiven Festkörpergesenken zu verringern. Die Grundidee besteht darin, die Bauteilform lediglich über eine dünne Werkzeugschale zu definieren, die durch ein scherverzähendes Fluid („STF – Shear Thickening Fluid“) abgestützt wird. Dieses verhält sich bei Aufprall des durch die Aktuatoren beschleunigten Blechs quasiinstantan wie ein Festkörper mit vorteilhaften Dämpfungseigenschaften. Für andere Bauteilgeometrien kann das STF einfach und ressourcenschonend umgefüllt werden. Die Funktionalität und Wirkmechanismen dieses Werkzeugkonzeptes sind experimentell sowie modellierungstechnisch zu ergründen und allgemeine Auslegungkskriterien abzuleiten. Abschließend werden die Erkenntnisse aus der ersten und zweiten Projektphase gebündelt, um ein freiformflächenbasiertes Anwendungsbauteil vollständig flexibel auszuformen. In diesem Zusammenhang wird außerdem das Werkstoffspektrum aus der ersten Projektphase um einen Titanwerkstoff erweitert. Auch der Einfluss vor- oder nachgelagerter Beschnittoperationen auf die geometrische Qualität von VFAF-Bauteilen wird dabei berücksichtigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer