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INSTITUT
FORSCHUNG
K O O P E R AT I O N E N
Dissertationen
Funktionsorientierte in-line Qualitätssicherung von
hybridem Sheet Molding Compound
Autor:
Dr.-Ing. Lucas Bretz
Telefon: +86 134 0414 7105
lucas.bretz@silu.asia
Ziel des Vorhabens
Ergebnisse
Die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen
(FVK) nimmt weltweit stetig zu. Die Kombination
von diskontinuierlichem Sheet Molding Compound
(DiCo-SMC) und kontinuierlichem SMC (Co-SMC)
in einer neuen, hybriden Materialklasse (CoDiCo-SMC) verspricht günstige Herstellungskosten
bei gleichzeitig hoher lokaler Steifigkeit und Festigkeit zu erreichen. Allerdings gefährden auftretende Fertigungsabweichungen die Funktionserfüllung der gefertigten Bauteile. Die resultierende
Forderung nach fehlerfreien FVK-Bauteilen gilt
neben den hohen Preisen für Rohmaterialien als
ein weiterer Kostentreiber. Mithilfe des Ansatzes
einer bauteilindividuellen, funktionsorientierten
In-line-Qualitätssicherung soll im Rahmen dieser
Arbeit Abhilfe geschaffen werden.
Der vorgeschlagene Ansatz wurde anhand von
zwei exemplarischen Prüfkörpern in Zug- und Biegeversuchen validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass
insbesondere die Messung der lokalen Glasfaseranteile und der Pose des Co-SMC Patches Rückschlüsse auf die bauteilindividuelle Steifigkeit zulassen.
Das erarbeitete Terahertz-Messmodell weist eine
Messunsicherheit von 0,99 Gewichtsprozent Glasfaseranteil auf und reduziert die Unsicherheit somit um 70% gegenüber nicht gemessenem SMC,
dem Stand der Technik. Für einen Biegeprüfkörper
kann die individuelle Steifigkeitsprädiktion mit diesen Messergebnissen um mehr als 16% gesteigert
werden. Sowohl künstliche neuronale Netze als
auch Kriging-Modelle sind geeignet, die bezüglich
Fertigungsabweichungen parametrierten FE-Modelle abzubilden und ermöglichen somit eine Auswertung der Messergebnisse auf Funktionsebene
■
innerhalb der Zykluszeit.
Vorgehensweise
Für diese Art der Qualitätssicherung werden
In-line-Messergebnisse in Funktionsmodelle integriert. Metamodelle der Funktionsmodelle beschleunigen die Funktionsbewertung und ermöglichen
eine Funktionsaussage innerhalb der Zykluszeit in
der Produktion.
Um drei relevanten Fertigungsabweichungen (lokale Glasfaseranteile, Pose des Co-SMC Patches,
Delamination) zu quantifizieren, wurden drei verschiedene Messtechniken eingesetzt. Die Terahertz-Spektroskopie wurde zum ersten Mal zur
In-line-Messung lokaler Glasfaseranteile in DiCo-SMC eingesetzt. Die Puls-Phasen-Thermografie wurde zur Quantifizierung der Delamination
und eine Industriekamera zur Messung der Pose
des Co-SMC Patches genutzt. Für jede Messtechnik wurde die Messunsicherheit gemäß des „Guide
to the expression of uncertainty in measurement“
(GUM) quantifiziert. Die Messergebnisse wurden
in einem parametrierten Finite-Elemente-Modell
(FE) weiterverarbeitet und zu einer Funktionsprädiktion aggregiert. Mit Hilfe der Messergebnisse
und der modellierten Funktion konnten über diese
Input-Output-Beziehungen Metamodelle trainiert
werden.
Terahertz-Messaufbau für die Messung des lokalen Glasfaseranteils
eines CoDiCo (Foto: wbk)
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Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2022