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Neues aus Wissenschaft und Technik am 12. Rapperswiler Kunststoffforum

08.09.17 - Bereits zum 12. Mal fand am IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung der HSR am Donnerstag, 7. September 2017 das Rapperswiler Kunststoffforum mit rund 170 Teilnehmenden aus der Schweiz und dem nahen Ausland statt. Renommierte Redner aus der Industrie und der akademischen Fachwelt zeigten die fachliche Breite des Instituts auf. Neben den eindrücklichen Laborpräsentationen wurde die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Industrie dokumentiert.

Bereits zum 12. Mal fand am IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung der HSR am Donnerstag, 7. September 2017 das Rapperswiler Kunststoffforum statt. Renommierte Redner aus der Industrie und der akademischen Fachwelt zeigten die fachliche Breite des Instituts auf. Neben den eindrücklichen Laborpräsentationen wurde die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Industrie dokumentiert. Die bereits zur Tradition gewordene Schifffahrt rundete den Anlass mit rund 170 Teilnehmenden aus der Schweiz und dem nahen Ausland ab.

„Die HSR Hochschule für Technik Rapperswil besitzt seit Jahren eine ausgewiesene Kompetenz in den Bereichen der integralen Produktentwicklung und Produktionstechnologie. Sehr anerkannt und mit hoher nationaler Relevanz ist hierbei die sehr enge Zusammenarbeit mit der Industrie.“ betonte Prof. Alex Simeon, Prorektor für angewandte Forschung&Entwicklung, in seiner Begrüssungsrede. Mit der Gründung des IWK im Jahre 2005 hat die HSR den Bereich Kunststofftechnik massiv ausgebaut. In verschiedenen Laboren steht ein mittlerweile schweizweit einzigartiger Maschinenpark zur Verfügung. In den letzten Jahren neu dazugekommen sind die Themen Additive Manufacturing und Internet of Things. Prof. Alex Simeon verriet, wohin die Entwicklung führt: „Der nächste Schritt ist das Zusammenführen all dieser produktionsnahen Anlagen und Technologien in ein voll funktionsfähiges und sowohl für Lehre, angewandte Forschung&Entwicklung, Weiterbildung und Dienstleistung genutztes Produktionszentrum im Sinne von Industrie 4.0.“

Prof. Dr. Frank Ehrig, Institutsleiter und Leiter Fachbereich Spritzgiessen/PUR, präsentierte einen Überblick über die vielfältigen Forschungsschwerpunkte in seinem Fachbereich. Ein wichtiger Fokus ist der Trend zu individuellem Design und mehr Funktionalität – ein Thema, das seit Jahren am IWK kontinuierlich bearbeitet wird. In diesem Jahr wurde die Herstellung dekorativer Bauteile in einem One-Shot-Prozess vorgestellt. Einen weiteren Schwerpunkt bildete die Werkzeugtechnik. Das Thema Variothermtemperierung wurde im vergangenen Jahr gleich in drei Projekten bearbeitet: Temperiergeräteentwicklung, Polyamidverarbeitung und Analyse von Einsätzen, welche durch selektives Laserschmelzen SLM gefertigt wurden. Aufgrund der Nachfrage aus der Industrie wurde ein Werkzeug zur Messung der Entformungskräfte entwickelt, mit dem nun z.B. der Einfluss von Werkzeugoberflächen, Entformungsschrägen sowie Kunststoffmaterialien untersucht werden kann. Seit  einigen Jahren beschäftigt sich das IWK mit der Veredelung von Kunststoffbauteilen mit Polyurethan. Neben diesen dekorativen Anwendungen werden im Rahmen eines EU-Projektes Grundlagen geschaffen, um PUR als Matrixmaterial bei Composite-Bauteilen einzusetzen.
 
Eine moderne Spritzgiessproduktion, welche steuerungstechnisch vernetzt und verfahrenstechnisch flexibel agiert, präsentierte Ing. Mag. Georg Tinschert, Geschäftsführer, Wittmann Battenfeld GmbH in seinem informativen Vortrag. Eine wichtige Voraussetzung für «Smarte Produktionszellen» ist die Fähigkeit eines Produktionssystems, durch selbstoptimierende bzw. selbstkorrigierende Regelungssysteme robuste Produktionsbedingungen zu schaffen, um störende Einflüsse von aussen zu kompensieren. “Für die intelligente Nutzung von Produktionssystemen ist eine Datendurchgängigkeit im gesamten Produktionssystem erforderlich“, hielt Tinschert fest und führte weiter aus: „Nur so ist eine dynamische Planbarkeit, Flexibilität, sowie eine Qualitätssicherung und -dokumentation auf Basis von verfügbaren Massendaten möglich.“ Das heisst, bei Wittmann Battenfeld kommunizieren alle in einer Produktionszelle zusammengefassten Maschinen und Geräte über eine fixe IP-Adresse. Änderungen innerhalb der Zelle werden nach dem «Plug+Produce»-Prinzip lokal und autonom angepasst.

Gleich im Anschluss vertiefte Prof. Dr. Roman Hänggi, Leiter DigitalLab@HSR / Professor für Produktionsmanagement, in seinem Vortrag ebenfalls das Thema der Digitalisierung in der Industrie. „Es ist heute unbestritten, dass Industrie 4.0 grosse Potenziale aufweist“, ist Hänggi überzeugt. Er zeigte eindrücklich auf, dass mit der Digitalisierung substanzielle Kostensynergien erzielt und neue Business-Modelle realisiert werden können. Im Vortrag wurden erste Erfahrungen und Vorgehensweisen bei der Umsetzung von Industrie-4.0-Projekten mit KMU aufgezeigt. Die Herausforderungen sind dabei meistens, die Kundenbedürfnisse genau zu treffen, die Kosten im Griff zu behalten sowie die geeignete Technologie zu finden. Zudem müssen umfangreichere Veränderungen in Betrieben sanft umgesetzt werden, um den Widerstand gegenüber den neuen Technologien und Strukturen zu überwinden. Diese Hürden zeigen auf, dass die Umsetzung von Industrie 4.0 gleichermassen grosse Herausforderungen und Chancen in sich trägt.

Sehr anschaulich präsentierte Prof. Dr. Pierre Jousset, Fachbereichsleiter Verbindungstechnik, Technologien zur Auslegung und Prüfung von Multimaterialbauteilen. Leichtbau mit Multimaterialbauweise bedingt einer geeigneten Verbindungstechnologie, wie z.B. die Klebtechnik, um die strukturelle Integrität der Gesamtstruktur zu gewährleisten. Für eine erfolgreiche Dimensionierung der Klebeverbindung gilt es aber,  Einflussgrössen wie den Spannungszustand, die Belastungsdauer, die dynamischen Einflüsse sowie allfällige Umwelteinflüsse zu berücksichtigen. Exemplarisch zeigte Prof. Jousset Beispiele von Auslegungs- und Prüfmethoden verklebter Strukturen unter Berücksichtigung von Ermüdung, Kriechen und dem Einfluss von Medien.

Über das Potential der Kombination von Additive Manufacturing mit den klassischen Fertigungsmethoden berichtete Prof. Dr. Mohammad Rabiey, Leiter Fachbereich Fertigungstechnik Metall. Um die Vorteile der additiven Fertigung mit spanender Bearbeitung zu verbinden und ein fertiges Produkt in einem Zug herzustellen, kombinieren verschiedene Werkzeugmaschinenhersteller die beiden Prozesse in einem System. Damit ergänzt und erweitert die additive Technik die traditionellen Fertigungsmethoden. Die Kombination beider Verfahren bietet sich beispielsweise für Instandsetzungsarbeiten an verschlissenen Teilen, für die Reparatur von beschädigten Teilen, die Beschichtung der Oberfläche von Komponenten, die Verbindung verschiedener Metallteile oder die Herstellung komplexer Werkzeuge und Formen z.B. für die Kunststoffindustrie an.

Dr. Matthias Baldinger, Mitgründer, Industry+, präsentierte das Konzept der Innovationsfelder der Swiss Plastics Platform (www.swissplastics.com). Basierend auf einer umfassenden Studie aus Deutschland wurden verschiedene Schweizer Forschungsinstitute rund um das Themenfeld Kunststoff befragt, um die Bereiche zu identifizieren, die am meisten Potential für Innovationen haben. Über die Plattform finden Firmen über diese Innovationsfelder mit den richtigen Lösungsanbietern zusammen – ein erster Schritt in Richtung Innovation.

Laborpräsentationen mit Fachvorträgen
Im zweiten Teil der Veranstaltung wurden in den Labors die neuesten Entwicklungen und Technologien der Fachbereiche Spritzgiessen/PUR, Compoundierung/Extrusion, Faserverbundtechnik/Leichtbau, Verbindungstechnik, Fertigungstechnik Metall und Mechanische Systeme vorgestellt. Zur Demonstration aktueller Projekte waren die verschiedenen Kunststoffverarbeitungsmaschinen live in Betrieb. In Form von Kurzvorträgen wurden ausgewählte Entwicklungen präsentiert.

Der Fachbereich Spritzguss des IWK zeigte in den Laborpräsentationen und Fachvorträgen Ergebnisse aus den von Prof. Ehrig in seinem Vortrag genannten Projekten zu den Themen individuelles Design, innovative Werkzeug- und Prozesstechnik sowohl für Spritzgiessen als auch für Polyurethantechnik. Darüber hinaus wurden die vielfältigen Kompetenzen bei der Bauteilentwicklung und Werkzeugtechnik anhand einiger Beispiele aus den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten gezeigt, bei denen mechanische, thermische, hydraulische oder Barriereeigenschaften im Vordergrund standen. Im neu geschaffenen Bereich Additive Manufacturing werden erste Ergebnisse aus einem KTI-Projekt zum Thema Kunststoffprototypen aus Serienmaterialien vorgestellt.

Im Fachbereich Compoundierung / Extrusion standen in diesem Jahr vier Themen im Vordergrund: Die Entwicklung von lackierbaren Mehrschichtfolien für das Folienhinterspritzen, die numerische Auslegung von Extrusionswerkzeugen, Ergebnisse und Möglichkeiten der Reibungsmessung und –simulation, sowie neue Materialentwicklungen für die Additive Fertigung.

Bei Kunststoffbauteilen treten häufig Schwierigkeiten bei der Lackierung auf. Eine interessante Alternative ist deshalb das Hinterspritzen von Folien, welche vorgängig lackiert werden. Auf der 5-Schicht-Blasfolienanlage wurde die Herstellung dieser Mehrschichtfolien gezeigt. Das IWK beschäftigt sich seit einigen Jahren mit der Simulation von Extrusionsprozessen. Für die Profilextrusion wurden Ergebnisse der numerischen Düsenauslegung in der praktischen Umsetzung vorgestellt. Das Themenfeld der Reibungssimulation und -messung ist für die Industrie von sehr grosser Bedeutung, allerdings gibt es häufig nur wenige Messdaten zwischen den Grundlagenbetrachtungen und den praktischen Erfahrungen. Anhand von Praxisbeispielen wurden Möglichkeiten zur Bewertung und Messung von Reibungszuständen aufgezeigt. Im Bereich der Additiven Fertigung wurde ein wasserlösliches Stützmaterial für den Arburg Freeformer präsentiert, welches live auf dem Compounder hergestellt und direkt im Freeformer weiter verarbeitet wurde.

Der Fachbereich Leichtbau / Faserverbundtechnik zeigte zahlreiche Projekte, welche sowohl duromere wie auch thermoplastische Composites umfassen. Im EUREKA-Projekt PRISCA (Polyurethane Reaction Injection for Structural Composite Applications) wurde der Resin-Transfer-Molding(RTM)-Prozess mit Polyurethan untersucht. Ziel war die Herstellung von monolithischen Strukturen und Sandwichbauteilen, welche die Vorteile des Matrixmaterials optimal ausnutzen: Gute mechanische Eigenschaften, sehr gute Abrasionsbeständigkeit, niedrige Viskosität bei der Verarbeitung und eine kosteneffiziente Produktion. Neben einer Sandwich-Sitzschale für Bus- und Bahnanwendungen wurde auch ein Nose Cone für Flugzeugtriebwerke hergestellt, wobei die Herstellungszeit um 75% kürzer ausfällt als beim aktuell eingesetzten Verfahren. Auch durch die Kombination von Endlosfaserverstärkung in Form von Tapes und dem Spritzgiessprozess lässt sich die Effizienz steigern: Ein weiterer Schwerpunkt bildet deshalb die Entwicklung solcher noch wenig verbreiteter Bauteile, die sehr gute mechanische Eigenschaften mit kürzesten Zykluszeiten bieten. Wichtige Inputs bei der Charakterisierung liefert anschliessend auch die Prüftechnik – vor allem, was das Verhalten des fertigen Bauteils angeht. Ein Prüfstand, der speziell für Skis und Snowboards aufgebaut wurde, illustriert die Möglichkeiten in diesem Gebiet.

Der Fachbereich Verbindungstechnik ist für alle Bereiche der Industrie von Bedeutung: Von winzigen Mikrostrukturen in elektrotechnischen Bereichen bis zum riesigen Strukturen in der Luftfahrt oder Windenergie. Die Gruppe Verbindungstechnik beschäftigt sich mit der Dimensionierung, Optimierung und Herstellung von Werkstoffkombinationen und deren Fügeverfahren in Forschung und Entwicklung. Für diese Tätigkeiten stehen die moderne Laborinfrastruktur und Berechnungskapazität des IWK zur Verfügung. Laborprüfungen von gefügten Probekörpern und Bauteilen, Identifikation von Materialparametern, analytische Berechnungen und Finite-Element Simulationen, sowie die Herstellung von Verbindungen gehören zu den Kernkompetenzen der Abteilung. Insbesondere verfügt das IWK über reiche Erfahrung bei der Auslegung und Dimensionierung von verklebten Strukturen, sowie bei der Prüfung und der FE-Simulation von Klebefugen -vom Bereich der kleinen Verformungen bis hin zum kompletten Versagen im nichtlinear-plastischen oder hyperelastischen Bereich. Seit Anfang 2016 wurde den Bereich Ultraschall-Schweissen erweitert. Der Einsatz von neuen Fügeverfahren mit neuartigen Materialien steht dabei im Vordergrund.

Ende 2016 neu dazugekommen ist der Fachbereich Fertigungstechnik Metall, der von Prof. Dr. Mohammad Rabiey geleitet wird. Im neuen Fachbereich werden die zukunftsorientierten Technologien der Metallbearbeitung für ihre entsprechende Applikation entwickelt. Der Fokus liegt insbesondere auf generativen Verfahren, z.B. LMD (Laser Metal Deposition) oder SLM (Selektive Laser Melting), EBM (Elektron Beam Melting), sowie abtragenden Verfahren wie EDM (electro discharge machining bzw. funkenerosives Abtragen), Laserbearbeitung und Strukturierung sowie konventionellen Verfahren wie Schleifen, Fräsen oder Drehen und Wärmebehandlungen. Vor allem die Kombination der verschiedenen Prozesse ist zentral für die  Entwicklung. Das Hauptziel ist nicht nur, die für die Metallverarbeitung spezifischen und technischen Probleme zu lösen, sondern auch durch die Betrachtung der gesamten Prozesskette eine wirtschaftliche Lösung zu entwickeln.

Aus dem Fachbereich Mechanische Systeme von Prof. Dr. Markus Henne wurde ein Konzept für eine innovative Wegebahn vorgestellt. Das neue System grenzt sich bezüglich bestehenden Kompositionen durch das stilvolle Design, einen dezentralen Antrieb für maximale Traktion in anspruchsvollem Gelände, ein neuartiges Lenkkonzept für optimale Spurtreue sowie erhöhten Komfort aus.

Schifffahrt am Abend
Die anschliessende Schifffahrt mit Apéro Riche bot bei bestem Wetter Gelegenheit für weitere Fachgespräche ein.


Kontakt:    Prof. Dr. Markus Henne, IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung, markus.henne(at)hsr.ch, 079 206 84 57
 

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