Virtual Reality-Methoden für die biopolymerbasierte Kunststoffverarbeitung

Biopolymere bieten ein enormes Potenzial zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von Kunststoffprodukten, da sie biobasiert und teilweise sogar biologisch ab-baubar sind. Bei der Entwicklung von Kunststoffmischungen liegt auf ihnen deshalb aktuell das Augenmerk. Für die exaktere Rezeptierung und effizientere Verarbeitung dieser neuartigen Kunststoffe setzen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IMWS gemeinsam mit der prefrontal cortex - Kirsten Freitag Herbst GbR und der Exipnos GmbH nun auf Methoden der Virtu-ellen Realität (VR). Das soll neue Möglichkeiten bei der Material-, Prozess- und Bauteilentwicklung sowie Prozesssteuerung- und Überwachung von Biopolyme-ren erschließen.

© prefrontal cortex
Darstellung eines Datenraums von prozessabhängigen Eigenschaften verschiedener Kunststoffe mittels VR.

Das kürzlich gestartete Gemeinschaftsprojekt »Erforschung des Einsatzes von Systemen der virtuellen Realität für die Rezeptierung und Verarbeitung von neuartigen Kunststoff-mischungen aus technischen Biopolymeren« (DigiLab-VR) ist das Nachfolgeprojekt von »DigiLab«. Darin wurde eine virtuelle Entwicklungsplattform für die Rezeptierung und Verarbeitung von Kunststoffen erforscht. Ergebnis ist eine App, mit der sich beispielswei-se Zutaten und Verarbeitungsschritte genau auf die gewünschten Materialeigenschaften abstimmen lassen. Diese Softwarelösung soll nun in »DigiLab-VR« mit Hilfe von VR-Methoden erweitert werden, um virtuelle Werkzeuge zur optimalen Rezeptierung und Verarbeitung von technischen Biopolymeren anzubieten, die durch herkömmliche analo-ge Ansätze nicht möglich oder nicht erkennbar sind.

Die Projektidee zeichnet sich durch einen hohen Grad an Digitalisierung innerhalb der Prozessschritte durch den Einsatz von VR-Methoden aus. Dazu gehört die Erforschung der Zusammenhänge von Prozessparametern und polymerer Mikrostruktur sowie den damit verbundenen physikalischen Eigenschaften von technischen Biopolymeren bei der Compoundierung, Spritzgussverarbeitung und additiven Verarbeitung. Auch die Erforschung von nachhaltigen Farbpigmenten für die Farbeinstellung von neuartigen Kunststoffmischungen aus technischen Biopolymeren ist angedacht. Die Ergebnisse können dann in eine VR-unterstützte Entwicklungsplattform überführt werden.

»Mit DigiLab-VR leisten wir einen erheblichen Beitrag für die Kunststoffindustrie, da die gesamte Wertschöpfungskette von Produkten aus polymeren Werkstoffen in den Blick genommen wird. Das ermöglicht die enge Verknüpfung der einzelnen Schritte im Lebenszyklus, von der Idee über die Entwicklung, Fertigung und Nutzung bis hin zum Recycling. Die Nutzung innovativer digitaler Werkzeuge zur schnelleren Entwicklung von technischen Biopolymeren für unterschiedlichste Anwendungen sehen wir als elementaren Baustein für die Schaffung einer nachhaltigen Kunststoffindustrie«, sagt Dr. Patrick Hirsch, Projektleiter am Fraunhofer IMWS.

Vergleichbare Lösungen sind aktuell am Markt nicht erhältlich. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollen der Kunststoffindustrie, aber auch anderen Industriezweigen mit komplexen Verarbeitungsprozessen validierte Ansätze zur Entwicklung neuer virtuel-ler Werkzeuge für die schnelle und kostengünstige Material- und Prozessoptimierung zur Verfügung stellen.