Digitaler Zwilling: Unsere Multiskalen-Simulationskette für Schaumstoff-Komponenten

Prozesskette Digitaler Zwilling Schaum

Schaumprodukte besitzen verschiedene Leichtbaueigenschaften, die sie für unterschiedlichste Anwendungen attraktiv machen. Sie kommen zum Beispiel zum Einsatz bei Stoßabsorption, in der Akustik oder auch in der Wärmedämmung. Besonders Branchen wie die Automobil-, Flugzeug-, Kälte-, Bau- und Verpackungsindustrie profitieren von den Merkmalen, um kostengünstigere Produkte zu erhalten.

Unsere digitalen Zwillinge ermöglichen das vollständige Digitalisieren der Entwicklungs-, Konstruktions- und Fertigungsprozesse von Schaum-Komponenten – unter Berücksichtigung der lokalen Schaumeigenschaften.

Überblick über den Prozess der Simulationskette: Schaumstoff simulieren 

Der digitale Zwilling für Schaumstoff-Komponenten beginnt mit der Simulation des Aufschäumprozess, wie zum Beispiel dem Reaction Injection Molding (RIM)-Prozess mit unserer Software FOAM, um die lokale Dichte und Porengrößenverteilung des Schaumstoffbauteils zu bestimmen.

Auf der Grundlage der FOAM-Ergebnisse wird eine Schaumstoffdatenbank für verschiedene Dichten und Porengrößen dynamisch erstellt. Dieser Schritt stützt sich auf Mikrostruktursimulationen, die mit FeelMath durchgeführt werden. Abschließend werden alle Ergebnisse aus FOAM und FeelMath automatisch in einer Datenbank zusammengeführt, um das belastungsgerechte mechanische Bauteildesign der Schaum-Komponenten optimal auszulegen, inklusive einer erweiterten FE-Simulation unter Berücksichtigung von Materialeigenschaften und Prozessbedingungen.

Digitaler Zwilling FOAM: Die Simulationskette von Schaumkomponenten.
© Fraunhofer ITWM
Digitaler Zwilling FOAM: Die Simulationskette von Schaumkomponenten.

Wir bieten:

  • Thermomechanische Mehrskalensimulation von Schaumstoff-Komponenten  
  • Auslegung von Schäumungsprozessen
  • Mikrostrukturelle Materialoptimierung für spezifische Schaumstoff-Komponenten
  • Simulationsgestütztes funktionales Design von Schaumstoff-Komponenten in Bezug auf die Materialeigenschaften und/oder den Schaumstoffherstellungsprozess

FOAM bietet u.a.

  • Schäumen von verschiedenen Schaumstoffen (Polyurethan-PU, Weichschaum, Hartschaum) in komplexen Geometrien
  • Simulationsgestützte Auslegung von Schaumwerkzeugen (Platzierung oder Verlauf von Einspritzdüsen, Position der Entlüftung, Neigungswinkel)
  • Prozessauslegung von Schäumprozessen für Isolationsbauteile, Sandwichplatten, Sitze etc.
  • Prozessauslegung von textilverstärkten PU-Schaum-Leichtbaustrukturen

Simulation von Schaumfüllung und -expansion am Beispiel eines Autositzes

FeelMath – Mikrostruktursimulation von Schäumen

Mit der Mikrostruktursimulationstechnik ist es möglich, die effektiven mechanischen, thermischen und akustischen Eigenschaften von Schäumen zu berechnen. FeelMath ist ein extrem schnelles und einfach zu bedienendes Analysewerkzeug für die Berechnung der effektiven mechanischen und thermischen Eigenschaften von Mikrostrukturen, die durch Volumenbilder (µCT) oder analytische Beschreibungen (Schaummodelle) gegeben sind. Mit FeelMath können wir Vollfeldsimulationen an repräsentativen Elementarvolumina von Schäumen für verschiedene Dichten und Porengrößen durchführen, um effektive Materialmodelle für die Multiskalensimulation von Schaumkomponenten zu erhalten.

FeelMath – Mikrostruktursimulation von Schäumen (FOAM)
© Fraunhofer ITWM
Mikrostruktursimulation von Schäumen mit FeelMath: Deformierte Mikrostruktur und lokale Spannungen