Projektlaufzeit: 05/2023 – 11/2025

Im ZIM-Vorhaben ExSaZell streben die HTWK zusammen mit den Projektpartnern ThermHex Waben GmbH, Kunststoffzentrum Leipzig und dem Fraunhofer IWMS Halle/S. die Entwicklung und Erprobung mehrschichtiger Sandwichaufbauten von thermoplastischen Wabenkernstrukturen an.

Sandwichstrukturen sind charakterisiert durch eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig geringem Materialeinsatz. Durch Verwendung von steifen Materialien in den äußeren, hochbelasteten Decklagen und filigranen Wabenstrukturen im Kern lassen sich dabei höchste Leichtbaugrade erreichen. Die senkrecht zur Decklage ausgerichteten Zellwände der Wabenkerne zeigen jedoch häufig ein Stabilitätsversagen. Eine Verbesserung der gewichtsspezifischen Eigenschaften einer Wabenkernstruktur für Sandwichbauteile ist nur durch eine weitere Strukturierung der Zellwände der Wabenstruktur möglich. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll der neuartige, mehrschichtige Sandwichaufbau von Zellwänden simulativ ausgelegt und optimiert, mit Hilfe verschiedener Methoden zur Dichtereduktion fertigungstechnisch umgesetzt, systematisch in Hinblick auf Material- und Prozessparameter sowie Zellwandstruktur untersucht und mit bestehenden Sandwichstrukturlösungen verglichen werden. Durch Verwendung von rezyklierbaren, thermoplastischen Werkstoffen in Verbindung mit wirtschaftliche Fertigungsmöglichkeiten ließen sich somit nachhaltigere und biegesteifere Sandwichstrukturen kostengünstig und großserientauglich herstellen.

Die HTWK wird in ExSaZell eine Methodik zur automatisierten Auslegung und Optimierung der extrudierten hierarchischen Wabenstrukturen ("Materials-by-Design") entwickeln, die neben den Prozessparametern auch Material- und Geometrieparameter berücksichtigt. Dazu wird eine über den Stand der Technik hinausgehende gemeinsame Modellrepräsentation entwickelt, in der verschiedene Simulationsmodelle (CAD, Prozesse, FEM etc.) innerhalb einer kollaborativen Modellierungsumgebung gemeinsam genutzt werden können. Diese komplett digitale Abbildung des gesamten Entwurfsprozesses ermöglicht eine gezielte und automatisierte Optimierung der Wabenstrukturen unter Einbeziehung der identifizierten Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Eine entsprechende Softwarerealisierung liegt bereits vor und wird im Vorhaben kontinuierlich weiterentwickelt.

ZIM/BMWi