FOAM – Software simuliert Herstellungsprozess von Schaumstoff

Digitaler Zwilling für Aufschäumprozesse

Aufgrund ihrer geringen Dichte sind Schäume für unterschiedlichste Anwendungen attraktiv. Sie kommen als Stoßdämpfer (Crashabsorption) oder auch für die Schall- und Wärmedämmung zum Einsatz und sind als Sitzstruktur in Fahrzeugen aller Art (Rollstuhl, Autositz, Flugzeugsitz) zu finden. 

Unsere Softwarelösung FOAM simuliert den Ausdehnungsprozess von Schäumen in beliebigen Geometrien und bietet die Möglichkeit, den Schaumbildungsprozess sowie die resultierende Schaumdichte in geschlossenen Formen im Voraus zu berechnen.

FOAM ist ein hervorragendes Simulationstool zum Auslegen und Optimieren geschäumter Schaumkomponenten und -bauteile. Durch die Simulation mit FOAM können auch komplizierte Anforderungen an die Formfüllung vorhergesagt werden wie z.B.:

  • Entlüftungsstellen
  • Position des Einlasses, Pfadbewegung der Einspritzdüsen
  • die zum Füllen des Hohlraums erforderliche Materialmenge
  • die Notwendigkeit, den Einschluss von Gas in der Form zu vermeiden

Um die notwendigen Parameter für das Schaummodell abzuschätzen, genügen gezielte Expansionsversuche in zylindrischen Behältern mit integrierter Temperaturmessung. Auf dieser Basis werden die Modellparameter automatisch ermittelt und direkt zur Simulation komplexer Schaumfüllvorgänge eingesetzt.

Unsere Software FOAM:

  • umfasst eine benutzungsfreundliche grafische Oberfläche.
  • bietet ein integriertes Vorverarbeitungswerkzeug für CAD-3D-Daten.
  • ermöglicht interaktives Nachbearbeiten (Postprocessing).
  • nutzt Multicore-Computertechnologie und läuft auf Windows- und Linux-Betriebssystemen.
  • umfasst automatisierte Parameteridentifikation von rheologischen Informationen aus Schäumungsexperimenten.

Wir bieten:

 

Beispiele der Schaumsimulation mit Videos der Simulationen

FOAM Simulation Kühlbox
© istockphoto/Fraunhofer ITWM
PU-Expansionssimulation mit FOAM zur Herstellung einer Kühlbox.

Simulation des Ausschäumens einer Kühl-Gefrierkombination mit Polyurethan-Schaum

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Simulation des Ausschäumens einer Kühl-Gefrierkombination mit Polyurethan-Schaum © Fraunhofer ITWM

Eine möglichst hohe thermische Isolation von Kühlgeräten wird dadurch erreicht, dass man soweit möglich alle Hohlräume des Kühlgeräts durch PU-Schaum füllt. Durch eine simulationsgestützte Optimierung der Schaumzufuhr wie auch der Positionierung von Entlüftungsventilen können wir sowohl den Füllprozess wie auch eine nahezu homogene Schaumdichteverteilung auf Basis von CAD-Daten vollständig digital mit FOAM ermitteln. 

Auch zusätzliche Isolationselemente wie Vakuumisolationspaneele werden bei der Auslegungsberechnung mitberücksichtigt. 

Simulation des Ausschäumens von Batteriemodulen zur thermischen Isolation

Zellen in einem Batteriemodul müssen thermische voneinander isoliert sein (zum Schutz vor einem schnellen Thermal Runaway – Überhitzen der Zelle durch einen sich selbst verstärkenden wärmproduzierenden Prozess) und mechanisch fixiert sein. Zylindrische Zellen werden hierbei häufig nebeneinander angeordnet und die Zwischenräume mit einem Schaum ausgefüllt.

Mit unserer Software FOAM können wir die Ausbreitung und die Ausdehnung des Schaumes simulieren und anhand der Ergebnisse bereits im Voraus untersuchen, ob alle Bereiche erreicht werden, die gefüllt werden müssen, oder ob die Schaumverteilung homogen ist.

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Mit FOAM simulieren wir die Ausdehnung von Schaum, um Zellen in einem Batteriemodul thermisch voneinander zu isolieren. © Fraunhofer ITWM

Simulation eines kontinuierlichen Schaumprozesses von Sandwichpaneelen

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Simulation eines kontinuierlichen Schaumprozesses von Sandwichpaneelen © Fraunhofer ITWM

Auch die Simulation von kontinuierlichen Schäumprozessen können wir mit FOAM berechnen und optimieren. So werden beispielsweise bei der Herstellung von Sandwichpaneelen für das Dach oder die Wand PIR- oder PU-Schäume in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess zwischen die beiden äußeren Bleche aufgetragen.

Die Berechnungen mit FOAM ermöglichen für verschiedene Blechprofile und Schäume den Produktionsprozess zu simulieren und dadurch ein optimales Füllverhalten und das gewünschte Dichteprofil einzustellen.  

Anwendungsbeispiele mit unserer Software FOAM

 

Additive Fertigung mit 3D-Schaumdruck

Durch maßgefertigte Leichtbauteile aus dem 3D-Drucker lassen sich nachhaltige und hochgradig individualisierte Produkte realisieren.

 

Simulation der PU-Schaumexpansion beim reaktiven Spritzgießen von Autositzen

Projekt mit Fehrer Automotive und Audi

 

Forschungsprojekt Technische Textilien

RIM-Verfahren von Polyurethanschäumen

Im Projekt FoamInTextil simulieren wir Formfüllprozesse von Polyurethan-Schäumen für die Entwicklung von Verbundmaterialien.

 

Digitaler Zwilling: Schaum

Im Projekt digitalisieren wir Entwicklungs-, Konstruktions- und Fertigungsprozesse von Schaum-Komponenten – unter Berücksichtigung der Schaumeigenschaften.