Zerstörungsfreie Prüfmethoden zur Merkmalsextraktion für den digitalen Zwilling der Thermoplast-Composite Wertschöpfungskette

Während digitale Zwillinge bereits zu deutlichen Effizienzsteigerungen im industriellen Umfeld führen, ist ihr Potenzial für die wertschöpfungsstufenübergreifende Prozesssteuerung noch weitgehend ungenutzt. Dies gilt insbesondere für die zunehmende Serienproduktion von kunststoffbasierten Composite-Strukturen. Der digitale Zwilling für thermoplastische Composite soll dieses anhand der großserientauglichen Hybridspritzgusstechnologie, bei der kontinuierlich faserverstärkte Thermoplast-Composite-Halbzeuge umgeformt und hinterspritzt werden, demonstrieren. Dabei stellen die komplexen Einflüsse der Teilprozessschritte auf die Mikrostruktur des Werkstoffes und die Merkmale des finalen Bauteils eine enorme Herausforderung zur Prozesskontrolle und Qualitätssicherung dar, was eine durchgängige Digitalisierung des kompletten Produktionsprozesses erfordert. Das Ziel der übergreifenden, ganzheitlichen Betrachtung aller Teilprozessschritte von der Halbzeug- bis zur Bauteilherstellung erfolgt durch die Rückkopplung der Herstellungsparameter mit den Qualitätsmerkmalen, welche durch den Einsatz geeigneter prozessintegrierter Sensorik in den Teilprozessschritten erfasst werden. Der Beitrag zeigt experimentelle Ergebnisse aus verschiedenen zerstörungsfreien Prüfverfahren, welche die Qualitätsmerkmale entlang der Wertschöpfungsstufen "unidirektional kohlenstofffaserverstärkter Tapes" und der anschließend daraus hergestellten "Laminate" wiederspiegeln. Anhand der Ergebnisse werden die Verfahren (Dickenmessung, Wirbelstromprüfung, Thermografie und Luft-Ultraschall) hinsichtlich ihres Detektionsvermögens qualitätskritischer Merkmale bewertet und unter Berücksichtigung der Online- Tauglichkeit in den digitalen Zwilling eingeordnet. Hierbei werden zur Einbindung in moderne Informationsmanagement Architekturen Ontologiekonzepte angewendet.