PROJEKT
Ziel von CARpenTiER ist die Entwicklung von Produktionstechnologien für holzbasierte
Hybridkonstruktionen im Automobil-, Anlagen- und Maschinenbau. Unter den Anwendungen werden
hybride Strukturen aus Schichtholz, Sperrholz oder Furnierstreifenholz, die mit Naturfasern verstärkt
werden können, verstanden. In früheren Forschungsaktivitäten des Konsortiums wurden
verschiedene Demonstratoren für den Mobilitätssektor in Multimaterial-Mischbauweise erfolgreich
entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass 10 bis 40 % des Eigengewichts durch den Einsatz von
Holzwerkstoffen ohne Leistungsverlust eingespart werden können. Dies kann in Zukunft einen
positiven Beitrag zu den Klimazielen leisten, da die Gewichtsreduktion die höchste Hebelwirkung
hinsichtlich Reduktion von Treibhausgasemissionen hat.
Obwohl frühere Forschungsarbeiten eine solide Basis in der Finite-Elemente-Modellierung gelegt
haben, fehlt es an geeigneten Produktionstechnologien für die industrielle Umsetzung. Aus diesem
Grund wird sich das weiterführende Forschungsprogramm vor allem auf die Prozessentwicklung und
Prozessführung konzentrieren. Eine weitere Herausforderung beim Einsatz biobasierter Materialien
für die vorgesehenen Anwendungen ist die Kontrolle der Materialvariabilität. Bei konventionellen
Holzanwendungen (z.B. im Holzbau) wird diese hauptsächlich durch hohe Sicherheitsfaktoren
kompensiert. Dies führt jedoch zu einer Leistungsminderung. Daher zielt das Projekt auf holzbasierte
Hybridstrukturen ab, die das Leichtbaupotential von Holz maximal nutzen. Zu diesem Zweck wird für
zukünftige Lieferanten (= Tiers) ein computerunterstützter Forschungsansatz (CAR) zur
funktionsorientierten dynamischen Prozesssteuerung (funktionsorientierte Prozesssteuerung)
etabliert. Ausgehend von einem Bauteil (Example Unit), dass möglichst viele Kriterien und
Anforderungen (Funktionen) einer typischen Baukomponente aus der Automobilindustrie umfasst,
wird ein Prozessleitsystem aufgebaut. Sowohl Prozess als auch Bauteil werden als digitale Zwillinge
aufgebaut (d.h. digitale Reproduktion von Produkt und Prozess). Der gewählte Ansatz ist somit eine
Kombination aus Material- und Prozessschrittsimulation. Zur Steuerung der Prozesse ist es
notwendig, für jeden Prozessschritt Rohmaterial- und Prozessparameter zu identifizieren, die einen
Einfluss auf die definierten Funktionen des Bauteils haben. Dieser Regelkreis der Prozesse entspricht
somit der individuellen Materialbehandlung durch einen erfahrenen Fachmann oder Handwerker, der
bei den verschiedenen Prozessschritten immer das Ergebnis und damit die Funktionserfüllung
berücksichtigt. Im Gegensatz zur erfahrungsbasierten Entscheidungsfindung des Menschen in
Fertigungsprozessen muss bei der digitalen Prozesssteuerung einer industriellen Fertigung jeder
Entscheidungsschritt auf physikalischen Modellen beruhen. Dadurch werden die Prozesse
wirtschaftlich effizient, kontrollierbar und reproduzierbar. CARpenTiER wird eine virtuelle Abbildung
realer Prozesse ermöglichen und damit das menschliche Wissen in der individuellen
Materialbearbeitung automatisieren. Neben der Materialbeherrschung wird damit auch eine
Steigerung der Effizienz und Ausbeute erwartet.
Neben diesen Vorteilen wird CARpenTiER auch Möglichkeiten zur Material- und
Prozessdokumentation sowie zur Prozessoptimierung bieten. Das Forschungsprogramm wird
voraussichtlich auch zu bedeutenden Fortschritten im Bereich der Finite-Elemente-Modellierung
führen. CARpenTiER ist damit die konsequente Fortführung des mit dem Forschungsprojekt
WoodC.A.R. begonnenen, wissensbasierten Engineerings von holzbasierten Hybridbauteilen. Neben
der technischen Auslegung, Vorhersagbarkeit und Berechenbarkeit von Holzwerkstoff - Hybridbauteilen
sollen nun auch Fertigungsprozesse vorhersagbar und beherrschbar gemacht
werden. Darüber hinaus sollen geeignete Methoden zum Umformen, Beschichten, Fügen, Kleben und
Modifizieren gefunden und im Bereich der Verfahrenstechnik angepasst bzw. entwickelt werden.
Wissenschaftliche Partner
Wirtschaftspartner
Das Projekt CARpenTiER „Modelling, Production and further Processing of Eco-Hybrid Structures and Materials” wird im Rahmen von COMET - Competence Centers for Excellent Technologies durch BMK, BMAW und das Land Steiermark gefördert. Das Programm COMET wird durch die FFG abgewickelt.