Optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen
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01. Dezember 2021

Im Rahmen dessen soll die Risiko- und Nutzenwahrnehmung von sowie Vertrauen in neuartige Hybridwerkstoffe durch verschiedene gesellschaftliche Anspruchsgruppen untersucht werden. Unterstützen Sie uns hierbei durch Ihre Teilnahme am anonymen Fragebogen. Sie benötigen dafür keinerlei Vorwissen.
Ziel der Befragung ist es, ein Meinungsbild zur Verwendung neuartiger Hybridwerkstoffe zu gewinnen und daraus Rückschlüsse für weitere Entwicklungen und den Einsatz von Werkstoffen zu ziehen. Dabei interessieren uns insbesondere auch Fragen der nachhaltigen Entwicklung und die Akzeptanz der Verwendung von Werkstoffen mit Blick auf soziale, ökologische und ökonomische Nachhaltigkeit. Mit der Beteiligung an dieser Befragung leisten Sie einen unmittelbaren Beitrag zur Zukunft: nämlich zur Frage, was bei der Entwicklung von Technologien und Werkstoffen aus der Sicht von Bevölkerung, Expert*innen und Entwickler*innen unbedingt berücksichtigt werden sollte. Die so gewonnenen Erkenntnisse sollen zum einen in die technologische Entwicklung, zum anderen in gesellschaftliche Transferstrategien integriert werden.
Die Beantwortung der Fragen dauert ca. 20 Minuten. Wenn Sie über die Ergebnisse informiert werden möchten oder Rückfragen haben, kontaktieren Sie uns gerne unter hyopt@upb.de. Vielen Dank für Ihre Zeit und Ihre Einschätzungen.
Unter folgendem Link können Sie an der Befragung teilnehmen:
https://ww2.unipark.de/uc/befragung_hyopt/
Leiten Sie den Link auch gerne im Bekannten- und/oder Kolleg*innenkreis weiter. Damit helfen Sie uns, ein differenziertes und valides Meinungsbild zu erhalten.
Die Teilnahme ist bis einschließlich zum 17.12.2021 möglich.

01. Juni 2020

Zur Herstellung von Hybridbauteilen aus Faser Metall Laminaten (FML) wird im Rahmen des Projektes ein kombinierter Umform- und Aushärteprozess erforscht. Die Hybridplatinen bestehen dabei aus zwei dünnen Stahldeckblechen und einem Kern aus unidirektionalem CFK-Prepreg mit duromerem Matrixsystem. Der Umformprozess kann dabei für gewöhnlich unkontrollierte Verschiebungen und Verzerrungen der Verstärkungsfasern hervorrufen, die zu einer ausgeprägten Faltenbildung auf der Innenseite des umgeformten Hybridbauteils führen können. Im Rahmen des Projektes HyOpt konnten unterschiedliche Maßnahmen entwickelt und realisiert werden, welche die Faserverschiebung während der Umformung kontrollieren und somit die Faltenbildung gezielt unterbinden. Hierzu zählen unter anderem eine an den während der Umformung auftretenden Belastungszustand angepasste Faserausrichtung sowie die Entwicklung von umformgerechten Patchgeometrien. Eine weitere Maßnahme zur gezielten Verringerung der Faltenbildung ist die Begrenzung des Matrixwerkstoffflusses durch Zwischenelemente. Hierfür werden Geometrien aus Feinstblech in die FML-Platinen integriert, womit eine definierte Kraftübertragung zwischen beiden Deckblechen ermöglicht und die Verdrängung von Matrixwerkstoff in hoch beanspruchten Bauteilbereichen verringert wird. Weitere Details zu den beschriebenen Entwicklungen können der verlinkten Publikation entnommen werden.

01. Dezember 2019
Projektfortschritt nach dem ersten Halbjahr

Das Konsortium des HyOpt-Projekts hat sich in den ersten sechs Monaten mit der Voruntersuchung und Definition der Methoden, der Software-Architektur und der zu verwendenden Materialien beschäftigt. Der Arbeitsablauf der mehrzielorientierten Werkstoffauslegung wurde zunächst an analytischen Strukturproblemen entwickelt und demonstriert. Eine Benchmark-Analyse führte zur Auswahl geeigneter Optimierungsalgorithmen und bildet die Grundlage für die weitere Methodenentwicklung. Als Basismaterialien wurden der Dualphasenstahl HCT490X und ein duroplastisches unidirektionales CFK-Prepreg-Material definiert. Um die Umformbarkeit von Hybridplatinen zu verbessern, wurden umfangreiche Analysen hinsichtlich der durch den Umformprozess bedingten Orientierungsfehler von Verstärkungsfasern durchgeführt. Die Untersuchungen zur Oberflächenvorbehandlung konzentrierten sich zunächst auf die zeiteffiziente Laserstrukturierung von Stählen mit möglichst geringem Materialverzug. Darüber hinaus wurde die Entwicklung einer Prototypanlage zur Anodisierung dünner verzinkter Stahlbleche vorangetrieben, die bis Ende 2019 in Betrieb genommen werden soll. Bei der gezielten Polymermodifikation lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung einer auf dem "Diels-Alder"-Ansatz basierenden Klick-Chemie, die verbesserte Umformeigenschaften des Hybridverbundes verspricht. Darüber hinaus wurde der Frage nachgegangen, wie die Diskussion mit einer breiten gesellschaftlichen Öffentlichkeit über die technologische Akzeptanz von Hybridwerkstoffen geführt werden kann.

01. Mai 2019
Start des Forschungsvorhabens HyOpt

In einem neuen interdisziplinären Projekt der Universität Paderborn wird die optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen erforscht. Langfristiges Ziel von „HyOpt“ ist es, den anforderungsgerechten Leichtbau mit verschiedenartigen Werkstoffen voranzutreiben. Dafür entwickeln die WissenschaftlerInnen eine Toolbox, die dem Design neuer Hybridwerkstoffe dient. Diese besteht aus einer Softwarelösung sowie aus smarten und anpassungsfähigen Fertigungsprozessen, die für die Herstellung der Werkstoffe notwendig sind. Letztlich wird damit auch die Weiterverarbeitung zu Leichtbaukomponenten ermöglicht. Das Vorhaben, das ein Volumen von rund zwei Millionen Euro hat, wird bis April 2022 vom Land NRW und der EU aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

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HyOpt

Optimierungsbasierte Entwicklung
von Hybridwerkstoffen

In einem neuen interdisziplinären Projekt der Universität Paderborn wird die optimierungsbasierte Entwicklung von Hybridwerkstoffen erforscht. Langfristiges Ziel von „HyOpt“ ist es, den anforderungsgerechten Leichtbau mit verschiedenartigen Werkstoffen voranzutreiben. Dafür entwickeln die WissenschaftlerInnen eine Toolbox, die dem Design neuer Hybridwerkstoffe dient. Diese besteht aus einer Softwarelösung sowie aus smarten und anpassungsfähigen Fertigungsprozessen, die für die Herstellung der Werkstoffe notwendig sind. Letztlich wird
damit auch die Weiterverarbeitung zu Leichtbaukomponenten ermöglicht. Das Vorhaben, das ein Volumen von rund zwei Millionen Euro hat, wird bis April 2022 vom Land NRW und der EU aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

CAE Prozess- und Methodenentwicklung

Leichtbau im Automobil. LiA

Im Rahmen der CAE Prozess- und Methodenentwicklung wird eine Software implementiert, welche eine optimierungsbasierte Entwicklung von maßgeschneiderten Hybridwerkstoffen ermöglicht. Der iterative Optimierungsprozess startet zunächst mit der beanspruchungsgerechten Werkstoffoptimierung, welche anschließend hinsichtlich der umformgerechten Herstellbarkeit untersucht werden. Die Werkstoffeigenschaften sollen dabei in Dicken- und Flächenrichtung so variiert werden, dass ein Optimum bezüglich der mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit erreicht wird. Die zuvor entwickelten Teillösungen werden zum Ende des Projektes in einer gesamtheitlichen Softwarelösung zusammengeführt – der „HyOpt App“.

 

Smarte Fertigungsprozesse

Umformende und Spanende Fertigungstechnik, LUF

Das Forschungsvorhaben HyOpt wird aus umformtechnischer Sicht in zwei Aspekte differenziert, die parallel betrachtet werden. Zum einen wird die Digitale Werkstoffentwicklung vorangetrieben, indem eine optimierungsbasierte Entwicklung von maßgeschneiderten Hybridwerkstoffen und die Erforschung von deren Umformverhalten mithilfe von numerischen Untersuchungen durchgeführt wird. Zum anderen wird die Experimentelle Werkstoffentwicklung in Form von Untersuchungen bezüglich der Hybridplatinen-Auslegung und der automatisierten Tape-Applikation vorangetrieben, um eine kosteneffiziente Hybridplatinen-Fertigung umzusetzen. Die Umsetzung dieser zwei Aspekte ist ein wichtiger Bestandteil zur Realisierung des Forschungsvorhabens im Hinblick auf die Entwicklung einer Softwarelösung zur bedarfsgerechten Gestaltung von neuen Hybridplatinen sowie wirtschaftliche Fertigungsprozesse.

 

Bildnachweis: Universität Paderborn, Besim Mazhiqiì.

Innovative Oberflächenflächenstrukturierung

Werkstoffkunde, LWK

Die Oberflächenstruktur der eingesetzten Halbzeuge hat einen großen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften von Hybridwerkstoffen. Der Lehrstuhl für Werkstoffkunde führt experimentelle Studien für eine optimale und zeiteffiziente Oberflächenstrukturierung durch. Eingesetzte Methoden sind die Laserbehandlung, das Anodisieren verzinkter Bleche und das Sandstrahlen. Im Hinblick auf eine anschließende Umformung flacher hybrider Halbzeuge ist allerdings nicht in allen Bereichen eine maximale Haftfestigkeit der Stahl-Harz-Verbindung erwünscht. Die Gradierung der Oberflächenstruktur ist somit ein bedeutendes Element innerhalb dieses Forschungsvorhabens. Um die Grenzschichten zu modellieren werden deren Tiefenprofile untersucht und die mechanischen Eigenschaften charakterisiert. 

Umformtechnisch angepasste Klebstoff- und Gradientenentwicklung

Coatings, Material and Polymers, CMP

Der Arbeitskreis beschäftigt sich mit dem gezielten Einsatz von Klebstoffen, um die Eigenschaften des Halbzeuges lokal zu verändern, sodass nach der Umformung ein optimiertes Bauteil entsteht. Eine Herausforderung stellt die im Hybridwerkstoff vorhandene Grenzphase zwischen der metallischen Komponente und der Faserverbundkomponente dar. Gelöst werden soll dies durch die smarte Entwicklung von gestapelten Klebstofffolien in einem sogenannten „Fuzzy Boundary“-Ansatz. Mit Hilfe geeigneter Modifizierungsmaßnahmen, werden die Eigenschaften der beiden Komponenten, über eine gradierte Klebstoffschicht, aneinander angenähert. Im Fokus steht die Gradientenentwicklung mit geeigneten Füllstoffen und dessen Fixierung im Klebstoff. So kann eine Dickenstabilität im Bereich hoher Flächenpressung erreicht werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Modifikation des Matrixmaterials von Faser-Kunststoff-Verbunden in einem smarten Klick-Chemie-Ansatz. Diese Methodik kann einen Einfluss auf den temperaturgetriebenen Vernetzungsmechanismus nehmen und so die Fließeigenschaften des Matrixmaterials im Umformprozess gewährleisten und trotzdem für hohe Festigkeiten im Halbzeug sorgen. 

 

Technikakzeptanz hybrider Werkstoffe

Technik und Diversity, T&D

Im sozialwissenschaftlichen Schwerpunkt des Projekts geht es um Risiko- und Nutzenwahrnehmungen von sowie Vertrauen in neuartige Hybridwerkstoffe durch verschiedene gesellschaftliche Anspruchsgruppen. Im Rahmen von Diskussionsgruppen soll untersucht und analysiert werden, unter welchen Bedingungen neuartige Hybridwerkstoffe auf Akzeptanz oder Ablehnung in der Gesellschaft stoßen und welche Einflussfaktoren eine Rolle für die Beurteilung von Aspekten wie Sicherheit, Nützlichkeit, Nachhaltigkeit und Akzeptanz spielen. Die so gewonnenen Erkenntnisse sollen zum einen in die technologische Entwicklung, zum anderen in gesellschaftliche Transferstrategien integriert werden.

Projektpartner

Publikationen

Besuche unseren Project-Log auf ResearchGate – einem weltweiten Netzwerk für Wissenschaftler und Forscher. Dort findest Du aktuelle Forschungsergebnisse, Journalbeiträge, Vorträge und Pre-Prints rund um die fünf Kernthemen des HyOpt Projektes.