Grundlegende Untersuchungen einer neuen Rapid Tooling Technik für die Blechumformung
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Rapid Tooling technologies are innovative manufacturing technologies allowing rapid and fully automatic production of components. On the basis of the existing LOM Rapid Prototyp-ing technique, this doctoral thesis explores the enhanced development of the materials and manufacturing process and their adaptation to the stresses to which they are submitted dur-ing deep drawing. In the second process step complete infiltration with epoxy resin is per-formed to increase the mechanical strength of the paper components. The characteristic values needed for the material description are determined during experi-mental tests. The layered, characteristic RP structure of the material requires the determina-tion of the mechanical and tribological parameters in relation to the stress direction. Based on these anisotropic characteristics modelling of the metal forming procedure are executed using volume-meshed tools. This allows prediction especially of the effects on sheet metal quality resulting from tool deformation due to the metal forming stress. The technical and economical suitability of the novel material system is tested by means of specific sample geometries used in automotive and aviation. As a consequence, the basic suitability of this innovative tool manufacturing technology for rapid and cost-efficient production of prototypes made from aluminium and sheet steel is proven.
Abstract
Rapid Tooling Techniken stellen innovative Fertigungstechnologien für die schnelle und vollautomatisierte Herstellung von Bauteilen dar. Ausgehend vom bestehenden Rapid Proto-typing Verfahren LOM werden in dieser Dissertation die Materialien und der Fertigungspro-zess weiterentwickelt und den Belastungen beim Tiefziehen angepasst. Zur Steigerung der mechanischen Festigkeiten der Papierbauteile erfolgt im zweiten Prozessschritt die vollstän-dige Infiltration mit Epoxidharz. Die für die Werkstoffbeschreibung notwendigen Materialkennwerte werden in experimentellen Versuchen ermittelt. Der RP-typische schichtweise Werkstoffaufbau erfordert die Bestimmung der, von der jeweiligen Belastungsrichtung abhängigen, mechanischen und tribologischen Kennwerte. Ausgehend von diesen anisotropen Werkstoffkennwerten erfolgt die Modellierung des Um-formvorgangs mit volumenvernetzten Werkzeugen. Hierdurch lassen sich insbesondere die Auswirkungen der unter der Umformbelastung auftretenden Deformation des Werkzeuges auf die Blechteilqualität vorhersagen. Die technische und wirtschaftliche Eignung des neuen Werkstoffsystems erfolgt anhand ausgewählter Probegeometrien aus der Automobil und Luftfahrtpraxis. Dabei zeigt sich die prinzipielle Eignung dieser neuen Werkzeugfertigungstechnik für die schnelle und kosten-günstige Fertigung von Prototypen aus Aluminium- und Stahlblech.