TreeOpt - Simulationsgestützte Entwicklung von Leichtbauprodukten für das Blasformen

Im Rahmen des Forschungsprojekts „TreeOpt“ soll eine Methode entwickelt werden, mit welcher sich Blasformprodukte hinsichtlich ihrer Form und ihrer internen Wandstärkenverteilung optimieren lassen. Nach diesen Strukturoptimierungen sollen im Rahmen einer fertigungstechnischen Optimierung die Maschinenparameter erzeugt werden, die notwendig sind, um das Produkt mit der optimalen Wandstärkenverteilung herstellen zu können. Geförder wird das Projekt vom Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE) und der Dr. Reinold Hagen Stiftung.

Nach der Beschreibung der Optimierungsroutine (Siehe Abbildung) sowie der Definition von Schnittstellen zwischen den einzelnen Optimierungsgliedern wurden diese im Rahmen von Masterprojekten bzw. Abschlussarbeiten umgesetzt. Für den Strukturoptimierungsblock wurde ein Morphing-Ansatz in Kombination mit einer Optimierung auf einem Metamodell gewählt. Für die Wandstärkenoptimierung wird auf ein kommerzielles Tool für die Wandstärkenoptimierung zurückgegriffen. Im Rahmen der fertigungstechnischen Anpassung werden Routinen entwickelt, welche in einem Optimierungsablauf nach Optimalitätskriterium einen „idealen Vorformling“ ermitteln. Im letzten Schritt wird ein „herstellbarer Vorformling“ aufgrund von Maschinenparametern erzeugt und die Parameter so angepasst, dass dieser dem idealen Vorformling möglichst ähnlich ist.

Erste Ergebnisse zeigen, dass in der entwickelten Methode viel Potenzial liegt. Allein durch Anwendung des Strukturoptimierungsmoduls konnte eine Formvariante einer Blasformflasche erzeugt werden, welche einen Toploadtest mit einer um etwa 25% erhöhten Stauchlast abschließt. Bei der Kombination aus einer Formoptimierung und einer Wandstärkenoptimierung wird eine weitere Verbesserung in der ertragbaren Stauchlast erwartet. Diese Produkte können als Ausgangspunkt für eine Reduzierung des Kunststoffanteils herangezogen werden. In Arbeiten, welche auf dem Projekt aufbauen, soll das Potenzial der Methode weiter erforscht werden und die entwickelte Optimierungsroutine dahingehend erweitert werden, dass die Optimierungen robust bezüglich Störungen unterschiedlicher Parameter werden. Beispiele hierfür können Parameter des Materialmodells sein, welche bei zunehmendem Einsatz von Rezyklaten immer größeren Unsicherheiten unterliegen. Es wird erwartet, dass durch ein solches Vorgehen Optimierungen möglich werden, bei welchen nicht nur der Ressourcenverbrauch minimiert, sondern gleichzeitig die ertragbare Rezyklatquote maximiert wird.