Konstruktion und Design von Leichtbaustrukturen im Sinne einer Kreislaufwirtschaft und Optimierung der Prozesse für den Einsatz von Kunststoffrezyklaten
Ein wesentlicher Faktor auf dem Weg zu einer emissionsfreien Produktion ist die Kreislaufwirtschaft. Ihre Umsetzung wird jedoch durch den wachsenden Trend zu hochintegrierten, funktionalen und multimaterialen Bauteilen erschwert. Werkstoffverbunde bieten oft ein höheres Potenzial im Leichtbau und ermöglichen durch selektiven Werkstoffeinsatz sowie die gezielte Kombination von Werkstoffen und Halbzeugen die Optimierung von Bauteilperformance und Fertigungsprozessen. Allerdings ergeben sich bei der Herstellung solcher Bauteile aus rezyklierten Materialien Herausforderungen, wie eine mögliche Beeinträchtigung der Qualitätseigenschaften durch schwankende Materialeigenschaften. Die Nutzung von Kunststoffrezyklaten bietet ein großes Potenzial für die Kreislaufwirtschaft hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Nachhaltigkeit sowie zur Einhaltung zukünftiger gesetzlicher Vorschriften. Die Konstruktion und das Design von Leichtbaustrukturen muss daher im Sinne der Kreislaufwirtschaft und zur Prozessoptimierung für den Einsatz von Kunststoffrezyklaten erfolgen. Zudem müssen die Fertigungsprozesse simuliert und der Einfluss von Rezyklaten auf die Prozessparameter analysiert werden.
Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt DigiPRO2Green zum Technologietransfer-Programm Leichtbau des BMWK das Ziel einer sowohl resilienten und als auch nachhaltigen Produktion von Leichtbauteilen aus rezyklierten Kunststoffen. Im Rahmen des Projekts wird ein cloudbasiertes Onlinetool entwickelt, das den Austausch von Materialdaten ermöglicht und die numerische Optimierung der Strukturkomponenten auf Basis dieser Daten unterstützt. Die Optimierung erfolgt dabei unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien, die sowohl die strukturellen und fertigungsbedingten Anforderungen als auch die resultierenden Umweltauswirkungen einschließen. Neben der präzisen Erfassung und virtuellen Abbildung der Rezyklateigenschaften in Finite-Elemente-Simulationen ist daher auch eine Analyse der Energie- und Materialflüsse entlang des Lebenszyklus erforderlich. Außerdem wird der Aufbau einer Digitalisierungstechnologie auf Basis eines cyber-physischen Produktionssystems erfolgen, mit dem Ziel zirkuläre Stoffkreisläufe durch eine bezüglich schwankender Rezyklateigenschaften resiliente Fertigung zu ermöglichen.
Die unterschiedlichen Zielfelder beinhalten folgende Punkte:
Zur Validierung der Ergebnisse wird eine industrienahe Produktionsumgebung aufgebaut, die für die Herstellung von Demonstratoren genutzt wird. Diese Umgebung wird digitalisiert und mit Sensorik ausgestattet, um eine praxisnahe Datenaufnahme zu gewährleisten. Gleichzeitig dient die Fertigung dazu, die Übertragung der Ergebnisse auf andere Bauteile und Branchen zu validieren und die erarbeiteten Methodiken und Modelle entsprechend zu optimieren.
Bei Interesse an den aktuellen Projektergebnissen kontaktieren Sie uns gern.
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen der Förderinitiative „TTP LB Programm“ gefördert und vom Projektträger Jülich durchgeführt.