Ziel der Entwicklung

Die Beschleunigung von Entwicklungsprozessen und Produktionsanläufen für neue energieeffiziente Rahmenstrukturen und Leichtbaukonzepte gewinnt als Wettbewerbsfaktor stark an Bedeutung. Ein großes Potenzial zur Verkürzung von Produkt- und Prozessentwicklungszeiten besteht in einer durchgängig rechnerunterstützten funktions-, merkmals- und regelorientierten Prozesstechnologie zur Herstellung von flexiblen 3D-Freiformprofilen durch das kinematische Biegeprinzip.
Das kinematische Biegen besitzt aufgrund fertigungstechnischer Vorteile, wie der Machbarkeit von komplexen offenen und geschlossenen 3D-Biegeteilen aus typischen Leichtbauwerkstoffen (Stahl, Al, Mg), von Profilfiguren entlang einer frei wählbaren Raumkurve in grosser Länge mit Bogen an/in Bogen-Systemen in Mehrfachkurventechnik sowie einer hohen Fertigungsflexibilität besonders bei geringen Stückzahlen, vergleichbar einfachen Biegewerkzeugen und geringen Wanddickenreduktionen ein hohes technisches Anwendungspotenzial, das derzeit industriell nicht umfassend genutzt werden kann. Die Hauptursachen hierfür liegen im Fehlen einer einheitlichen Produktbeschreibung für 3D-Freiformprofile, von Regeln zur verfahrensgerechten Produktdatengenerierung und von Methoden zur sicheren und schnellen Biegeprozessentwicklung sowie in nicht beherrschbaren prozessbedingten nichtlinearen Umformbedingungen.
Aus diesen Gründen wird versucht, kinematische Biegeprozesse nach konventionellen Planungsabläufen in langwierig empirisch geführten und sich wiederholenden Bemusterungen durch "Versuch und Irrtum" zu entwickeln. Diese ressourcenintensive Vorgehensweise ermöglicht es nicht, die genannten elementaren Technologie- und Wirtschaftlichkeitsvorteile, besonders bei grossen komplexen Biegefolgen und geringen Stückzahlen in integrierten Fertigungsumgebungen, umfassend zu nutzen.
Die breite industrielle Einführung des kinematischen 3D-Freiformbiegens erfordert die Verfügbarkeit methodisch exakter und wissenschaftlich abgesicherter Entwicklungsabläufe und -strukturen, die den Anwender in die Lage versetzen alle technologiespezifischen Prozessparameter für das kinematische Freiformbiegen effizient und schnell zu entwickeln.
Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung einer neuartigen adaptiven Produkt- und Prozesstechnologie, die durch Verknüpfung von wissenschaftlich aggregiertem Fachwissen mit industrienahen Design- und Berechnungswerkzeugen in einem geschlossenen Kreislauf die robuste Produkt- und Prozessentwicklung für das kinematische 3D-Freiformbiegen ermöglicht. Die Entwicklung der neuartigen Methoden, Funktionen, Konstruktions- und Technologieregeln basiert auf der Produkt- und Prozessdatenverarbeitung mit der Feature-Technologie. Im Ergebnis entsteht eine Technologieplattform zur Produkt- und Prozessgestaltung für das 3D-Freiformbiegen, in der fallspezifisches und regelorientiertes Wissen mit bauteilunabhängigen Stoffkennwerten und Prozessdaten über eine dynamische Methodensammlung verknüpft sind und die Generierung neuer Freiformprodukte und -prozesse unterstützt.

Vorteile und Lösungen

Derzeit ist am Markt keine Lösung für eine Produkt- und Prozesstechnologie für das flexible kinematische 3D-Freiformbiegen verfügbar. Die neue Produkt- und Prozesstechnologie versetzt somit Industrieanwender in die Lage, innovative Leicht- und Stahlbaustrukturen deutlich schneller, effektiver, in höherer Qualität zu entwickeln, zu erproben und zu fertigen. Da räumliche Freiformbiegeprofile stets einen kundenindividuellen Charakter, mit einem eigenen funktionalen und stofflichen Eigenschaftsprofil, besitzen werden, muss für jeden Anwendungsfall die gesamte Produkt- und Prozessentwicklungskette durchlaufen werden. Für die Anwender der entwickelten Produkt- und Prozesstechnologie ergibt sich somit der Vorteil, bereits im Produktdesign und in der Produktkonstruktion die Freiformbiegeprofile so zu gestalten, dass geometrische und stoffliche Randbedingungen, wie die Schaffung von Verbindungen auf dem kürzesten Weg, die Substitution und die Elimination von Verbindungselementen, die Entwicklung neuer repräsentativer freigeformter Stahlbaustrukturen und dem übergang zu höherfesten und Leichtbau-Werkstoffen,berücksichtigt und optimiert werden. Dies führt zu einer Reihe nachhaltiger Folgeeffekte, wie der Reduzierung des Bauraums und des Materialeinsatzes, der Verringerung von Strömungswiderständen und die Senkung des Energiebedarfs zur Aufrechterhaltung von Volumenströmen in medienführenden Leitungen oder der Bewegunsgzustände von Transportaggregaten sowie der Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zur Senkung von Durchströmzeiten in medienführenden Strukturen.
Insbesonderemit der Reduzierung notwendiger TryOut-Zyklen und der Entwicklung einesdurchgängig digitalisierten Informations- und Datenflusses wird zur nachhaltigen Ressourceneinsparung beigetragen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die potenziellen Anwender der wissensbasierten Produkt- und Prozesstechnologie zum kinematischen 3D-Freiformbiegen sind die Hersteller von Maschinen und Anlagen zum kinematischen 3D-Freiformbiegen sowie die Produzenten von 3D-Freiformbiegeprofilen im Automobilbau, in der Flugzeug- und Raumfahrtindustrie, im Anlagen- und Strukturstahlbau sowie der Möbel- und Designindustrie.
Die Attraktivität der entwickelten Lösung läßt eine umfassende Rentabilität erwarten, wobei das Marktpotenzial insbesondere aus wechselseitigen Faktoren zwischen den beteiligten Unternehmen am Markt resultiert. Einerseits besteht eine zunehmende Nachfrage zu Leichtbauprodukten mit optimierter Freiformgestalt, andererseits ist das mit konventionellen Biegeverfahren herstellbare Teilesortiment auf Regelgeometrien begrenzt. Am Markt existieren mehrere unabhängige Maschinenkonzepte für das kinematische 3D-Freiformbiegen. Die Biegemaschinenhersteller sind jedoch nicht allein in der Lage, ohne eine begleitende Produkt- und Prozesstechnologie die entwickelten Maschinenkonzepte am Markt umfassend und schnell einzuführen. Gleichzeitig stehen den Produzenten von Freiformprofilen und Engineering-Dienstleistern zur Entwicklung und Herstellung neuer Leichtbaustrukturen keine Entwicklungs- und Planungswerkzeuge für das kinematische Freiformbiegen zur Verfügung.
Die Lösung zur Technologieplattform für das flexible kinematische 3D-Freiformbiegen stellt ein Alleinstel-lungsmerkmal dar, dass die Möglichkeit eröffnet neue Forschungs- und Industriedienstleistungen im Bereich der Produkt- und Prozessentwicklung zu generieren. Die in der Projektbearbeitung gesammelten Erkenntnisse und Erfahrungen können insbesondere für Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten auf Gebieten der Entwicklung produkt- und prozessspezifischer Features für die Planung und Umsetzung von Fertgungsprozessen, der Entwicklung von Prozesslösungen mit einem durchgängig digitalisierten Informations- und Datenfluss, der strukturmechanischen Bauteiloptimierung mittels FEM, der Integration numerischer Methoden in die Produkt- und Prozessentwicklung und der Entwicklung nachhaltig ressourcen- und energieeffizienter Fertigungsprozesse weiterentwickelt und genutzt werden.