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Effizientere Produktion durch digitales Simulieren

Prozesse digital simulieren
Effizientere Produktion durch Simulation auch für KMU

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Florian Wallburg, Prof. Stephan Schönfelder und Ulrike Käppeler (v.l.n.r.) an einer Prägemaschine im Labor der HTWK Leipzig (Bild: Lizette Ardelean/HTWK Leipzig)
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Nachwuchsforscher entwickeln Simulationswerkzeuge für kleine und mittelständische Unternehmen. Sie sollen auf konventionellen Rechnern laufen und Produktions- und Verarbeitungsprozesse verbessern.

Der Begriff Industrie 4.0 beschreibt sehr unterschiedliche Chancen und Herausforderungen. Zunehmend werden diese Entwicklungen auch für Industriezweige relevant, die analoge Materialien wie Metall, Kunststoff oder Papier verarbeiten. Denn die gestiegene Rechenleistung ermöglicht es, Produktions- und Verarbeitungsprozesse digital zu simulieren. Dadurch können viele Prozesse verbessert werden, ohne Zeit und Ressourcen durch Versuch und Irrtum zu verschwenden. Doch derartige Simulationen benötigen ausgesprochen leistungsfähige und teure Computer. Unternehmen kleiner und mittlerer Größe können sich derartige Technik oft nicht leisten, zudem fehlt es ihnen an Fachkräften, um eigene Simulationswerkzeuge zu entwickeln.

Prozesse der Produktion simulieren

An der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) startete deshalb im Januar die interdisziplinäre Nachwuchsforschungsgruppe Smart KMU. Drei Ingenieure, eine Ingenieurin und ein Mathematiker werden gemeinsam mathematische Methoden, Modelle und Software entwickeln, mit denen Prägeprozesse in Karton und Papier simuliert werden können.

Die Software soll dabei auf konventionellen Rechnern laufen können. Als Anwendungsbeispiel dient ihnen der für die Verpackungsindustrie wichtige Prägeprozess von Karton. Denn, wie tief ein Prägestempel eingedrückt werden muss, bestimmen Druck- und Verpackungsunternehmen bislang, indem sie ausprobieren, was am besten funktioniert. Prägungen sind deshalb aufwendig und teuer.

„Durch ihre Faserstruktur sind Papier und Karton ziemlich komplexe Materialien. Wenn es uns gelingt, Umformprozesse bei diesen Materialien zu simulieren, dann können wir die Methoden auch leicht auf andere Materialien und Bearbeitungsprozesse übertragen“, ist der wissenschaftliche Leiter Prof. Stephan Schönfelder überzeugt. Im Rahmen der Projektlaufzeit möchten die Forscherinnen und Forscher ein branchenübergreifendes Netzwerk für die materialwissenschaftliche Simulation von Fertigungsprozessen aufbauen.

Die Entscheidung für dieses Anwendungsfeld fiel aus verschiedenen Gründen, erklärt Nachwuchsgruppenleiter Florian Wallburg: „Mit Papier und Karton haben wir alle tagtäglich zu tun – beispielsweise in Form von Lebensmittelverpackungen im Supermarkt. Durch Prägung werden Kartons mit Brailleschrift oder haptischen Effekten versehen. Ähnliche Resultate lassen sich zwar auch durch zusätzliche Lack- oder Folienbeschichtungen erzielen – diese sind allerdings weniger gut recycelbar und somit schlechter für die Umwelt.“

Kontakt:
HTWK Leipzig
Karl-Liebknecht-Str. 132
04277 Leipzig
Tel.: +49 (0)341 3076–6299
Website: www.htwk-leipzig.de

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