Reduktion von Formteilverzug beim Spritzgießen durch automatische Wanddickenoptimierung

Der Formteilverzug, das heißt die Abweichung zwischen der Soll- und Istgestalt des Formteils, ist ein allgegenwärtiges Problem bei der Entwicklung von Spritzgießformteilen. Komplexe Zusammenhänge und mangelnde Möglichkeiten zur automatischen Optimierung münden bei der Formteilentwicklung in der Praxis oft in einen manuellen Regelkreis. Hierbei nimmt der Verfahrensingenieur die Rolle des Reglers ein und versucht mit viel Erfahrungswissen den Formteilverzug in ein akzeptables Maß zu lenken. Als Folge der komplexen Zusammenhänge entstehen viele zeit- und kostenintensive Iterationen. Dabei unterliegt der Formteilverzug einer starken Wechselwirkung zwischen Kunststoff, Herstellungsprozess und Formteilgeometrie. Für ein bereits definiertes Material bleiben somit die Variation der Prozessparameter und die Anpassung der Geometrie als Maßnahmen für die Optimierung übrig. Während Untersuchungen zur Optimierung der Prozessparameter aufgrund der einfachen Zugänglichkeit bereits in zahlreichen Forschungsarbeiten umfassend dokumentiert sind, fehlt es an Untersuchungen und zielführenden Ansätzen zur Optimierung der Geometrie durch die Variation der Wanddickenverteilung. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich daher auf die Untersuchung des Einflusses der Wanddickenverteilung auf den Formteilverzug. Dazu wurde eine automatische Optimierungs-routine bestehend aus einem Wanddickenänderungsalgorithmus, einem Spritzgieß-simulationsprogramm und einem Optimierungsalgorithmus generiert und umfassend untersucht. Im ersten Teil der Dokumentation wird auf die Entwicklung der Routine eingegangen und dabei die Wirkweisen und das Zusammenspiel der einzelnen Algorithmen vorgestellt. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Evaluierung der Routine. Anhand einer einfachen Demonstratorgeometrie werden darin mit dem COBYLA, dem Genetischen und dem Surrogate-basierten Algorithmus drei unterschiedliche Optimierungsalgorithmen hinsichtlich ihrer Lösungsgüte und –qualität beleuchtet. Die Prüfung der Routine auf Praxistauglichkeit ist Gegenstand des dritten Teils. Hierfür wird die Routine an einer komplexen Formteilgeometrie aus der Praxis angewendet und die dabei resultierenden Ergebnisse aufbereitet. Weiterhin werden Ansätze zur Optimierung des Materialaufwandes sowie zur automatischen Parametrisierung der Geometrie vorgestellt und deren Wirksamkeit anhand von weiteren Formteilgeometrien aus der Praxis analysiert.