Numerical Simulation

Ein weit verbreitetes, kostengünstiges Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Kunststoffformkörpern aus planen Halbzeug ist das Thermoformen. Es dient der Fertigung von technischen Bauteilen sowie Verpackungen. Nicht zuletzt aufgrund des hohen Ressourcenbedarfs für Verpackungen (70 % des weltweiten Kunststoffverbrauchs), besteht aus ökonomischen und ökologischen Aspekten ein stetiger Bedarf nach materialsparenden Technologien und Verfahren.

Im Zuge des Thermoformenprozesses wird das Halbzeug, z. B. Folie, erwärmt und anschließend durch Über- oder Unterdruck umgeformt. Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt in der Herstellung vergleichsweise dünnwandiger Formteile, bei geringem Materialeinsatz. Allerdings besteht derzeit keine Möglichkeit die Wanddicke bzw. deren -verteilung entsprechend der Anforderungen an das Formteil zufriedenstellend zu beeinflussen.

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll unter Ausnutzung der temperaturabhängigen Eigenschaften der Folie gezeigt werden, dass eine lokal gerichtete Aufbringung der Formluft und dadurch erzeugte Druck- und Temperaturunterschiede von 0,5 bar sowie 50 K auf der Folie, eine gezielte Beeinflussung der Wanddickenverteilung ermöglicht. Es wird erwartet, dass der Materialeinsatz somit bei gleichbleibenden Eigenschaften des Formteils um bis zu 15 % verringert werden kann. Die Aufbereitung der Ergebnisse in einer Richtlinie gewährleistet eine schnelle Überführung in die Unternehmen und verschafft diesen einen Vorteil auf dem wettbewerbsintensiven Verpackungsmittelmarkt, insbesondere mit Niedriglohnländern.

Die komplexen Zusammenhänge von Prozessparametern, nichtlinearen Polymereigenschaften und Strömungsbedingungen erfordern eine fachübergreifende wissenschaftliche Zusammenarbeit, die von Seiten des KMU-geprägten Verpackungsmaschinenbaus nicht zu leisten ist. Es ist somit erforderlich, dassentsprechende Grundlagen durch interdisziplinäre Forschung erarbeitet und für die industrielle Anwendung aufbereitet werden.