TransForm - Steuerung der Faltenbildung faserbasierter Materialien durch adaptive Prozessführung und kamerabasierte Datenerfassung in transparenten Umformwerkzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524957871

Sowohl gesetzliche Rahmenbedingungen als auch ein steigendes Bedürfnis von Verbrauchern nach nachhaltigen Verpackungen erfordern eine Reduktion des Anteils kunststoffbasierter Einwegverpackungen. Eine Alternative dazu stellen papierfaserbasierte Verpackungen dar. Um auch bei diesen eine hohe Formenvielfalt bieten zu können, sind dreidimensionale Umformverfahren wie das Tiefziehen erforderlich. Dabei stellen die geringen erreichbaren Umformgrade und die auftretenden Fehlerbilder noch Herausforderungen für eine umfassende Substitution kunststoffbasierter Verpackungen durch den Werkstoff Papier dar. Ein beim Tiefziehen von Papier besonders ausgeprägtes Fehlerbild ist die Entstehung von Falten im Flansch. Diese entstehen grundsätzlich aufgrund tangentialer Druckspannungen infolge der Materialverdrängung im Umformprozess, sind bezüglich ihrer exakten örtlichen und zeitlichen Entstehung und Entwicklung aber bisher nicht ausreichend verstanden. Dieser Umstand sowie die Erschließung von Methoden zur lokalen Beeinflussung des Umformprozesses sollen im Rahmen des beantragten Projektes behandelt werden. Als Schlüsselelemente kommen hierzu eine transparente Matrize und bildbasierte Sensorik für die in-situ Detektion des Materialeinzugs und der Faltenbildung zum Einsatz. Auf Basis dieser optischen Prozessüberwachung können Erkenntnisse über Einflussfaktoren auf den lokalen Werkstofffluss zeitlich aufgelöst gewonnen und ein Abgleich mit einer analytischen Vorhersage der Faltenbildung durchgeführt werden. Auf dieser Grundlage wird eine lokal adaptive Prozessführung untersucht. Insbesondere bei komplexen Umformgeometrien und aufgrund der stark anisotropen Materialeigenschaften des Fasermaterials Papier ist eine lokal angepasste Prozessführung vielversprechend. Hierfür wird unter Verwendung additiver Fertigungsverfahren ein lokal adaptiver Niederhalter entwickelt. Mittels individuell ansteuerbarer elastischer Drucktaschen kann der Einfluss einer lokal angepassten Steuerung und Regelung der Niederhalterflächenpressung auf das Faltenbild untersucht werden. Das Ziel ist damit die Maximierung der Qualität des erzeugten Formteils.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen