KI-basierte Verzugsoptimierung Automotive-Tragstruktur mit M.OPT® warpage

In diesem Entwicklungsprojekt für die BMW AG wurde eine Intstrumententafel-Tragstruktur mithilfe der KI-basierten Entwicklungsmethodik M.OPT® warpage auf den Bauteilverzug hin optimiert.

In ersten herkömmlichen Verzugssimulationen, die vor dem Werkzeugbau durchgeführt wurden, zeigte sich ein weit außerhalb der Spezifikation liegender Bauteilverzug.

Mit der anschließend durchgeführten, KI-basierten Optimierung mit M.OPT® warpage wurde der Verzug deutlich reduziert, so dass er wieder innerhalb der Spezifikation lag. Zudem verringerte sich beim SOP/im Serienanlauf die Abmusterungszeit um 80%, Werkzeugänderungen entfielen vollständig und die für den Verzug sensitiven Parameter wurden identifiziert.

Prämierung auf dem SPE Automotive Award

M.OPT® warpage erhielt als KI-basierte Optimierungsmethodik vor dem Hintergrund dieser herausragenden Projektergebnisse auf dem 20. SPE Automotive Award 2021 eine Prämierung in der Kategorie "Enabler Technologie" (siehe Abb. 1).

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Ulf Seefeldt, Dipl.-Ing., Head of Business DevelopmentTel.: +49 2407 9573-7361

Verzugsoptimierung eines Präzisionsbauteils, inklusive Geometrieparametern des Bauteils 

Diese KI-gestützte Optimierung des Bauteilverzugs mit M.OPT® warpage umfasste folgende wesentliche Aspekte von Kunststoffbauteil und Prozess:

• Sehr große Bauteildimensionen (Fahrzeugbreite eines PKW)
• Komplexer Aufbau des Bauteils (hohe Funktionsintegration, sehr viele Verrippungen, mehrere Einlegeteile aus Metall)
• Kaskadierte Füllung über 10 Düsen
• Faserverstärktes Material (PP LGF 20)

Prozessparameter

• Einspritzzeit
• Schmelzetemperatur
• Werkzeugtemperatur (Düsenseite, Auswerferseite)
• Nachdruck (Umschaltzeitpunkt, Nachdruckprofil, Nachdruckzeit etc.)
• Kühlzeit
• Öffnungszeitpunkte der Düsen

Geometrieparameter

• 12 unterschiedliche Wanddickenbereiche (siehe Abb. 2)

M.OPT® warpage ermöglicht es, zusätzlich zu den Prozessparametern auch Geometrieparameter des Bauteils einzubeziehen, sofern möglich. Für die rechts oben im Bild farbig markierten Bereiche (Abb. 2; Anklicken zum Vergrößern) wurde M.OPT® "erlaubt", bei der Variantengenerierung zur Ermittlung einer für die Verzugsreduzierung optimalen Designvariante die Wandstärke des jeweiligen Teilbereichs zu variieren (im Rahmen von Vorgaben).

Diese zusätzlichen Geometrieparameter aus dem NonDesign-Bereich haben den Lösungsraum für die Optimierung nochmals erweitert. Diese Fähigkeit von M.OPT® kann den Grad der Verbesserung deutlich erhöhen.

Fazit dieser KI-gestützen Verzugsoptimierung mit M.OPT® warpage

Mit dem Einsatz von M.OPT® warpage zur Verzugsminimierung dieses großformatigen Kunststoffbauteils wurde die volle Einhaltung der verzugsbezogenen Spezifikation sichergestellt. Gerade an den Enden des Bauteils konnte der Verzug deutlich reduziert werden (siehe Abb. 3).

Im Serienanlauf ergaben sich darüber hinaus erhebliche Einsparungen: Werkzeugänderungen entfielen komplett und die Abmusterungszeit war 80% geringer im Vergleich mit dem ursprünglichen angesetzten Zeitplan. Bei der Abmusterung konnten keine besseren Verarbeitungsparameter gefunden werden als diejenigen aus der Optimierung. 

Sensitive Parameter als F&E-Zusatznutzen

Die KI-basierte Optimierung mit M.OPT® warpage identifizierte zudem die für den Bauteilverzug sensitiven Parameter (Abb. 4). Sensitive Parameter sind diejenigen Parameter, die einen hohen Einfluss auf die Zielgröße haben.

In diesem Projekt hatte den größten Einfluss auf das Optimierungsziel "Mittlerer Verzug" die Werkzeugwandtemperatur auf der Auswerferseite, gefolgt von der Einspritzzeit und der Wandstärke des Teilbereichs 3 (siehe Abb. 2).

Sensitive Parameter mit M.OPT® warpage für jede Zielgröße

Im Allgemeinen hat bei Spritzgussbauteilen das Nachdruckprofil den größten Einfluss auf den Bauteilverzug. Mit der KI-basierten Verzugsoptimierung M.OPT® warpage ist es jedoch möglich ist, die Sensitivitäten in Bezug auf jedes individuelle, spezielle Optimierungsziel zu identifizieren, wie z. B. Bindenähte, Zykluszeitverkürzung, Lufteinschlüsse etc.

Dies ist ein enormer Zusatznutzen, denn damit kann in der Produktion die Parameter-Überwachung gezielt priorisiert werden bzw. deutlich weniger sensitive Parameter benötigen keine strikte Kontrolle mehr.

Die in diesem Projekt eingesetzte Entwicklungsmethodik M.OPT® von M.TEC ist produkt- und branchenübergreifend anwendbar. Sie steht Ihnen als Entwicklungsdienstleistung für Ihr Produktportfolio zur Verfügung. Sprechen Sie uns gerne unverbindlich an!

Ulf Seefeldt, Dipl.-Ing., Head of Business DevelopmentTel.: +49 2407 9573-7361