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12.08.2020

Flugzeuglackierung

Flugzeuglackierung, Unternehmensmeldungen: 06.05.2011

Lackiersimulationen an Aufgabenstellung angepasst einsetzen

Die Möglichkeiten der numerischen Prozesssimulationen in der Beschichtungstechnik sind inzwischen nahezu unbegrenzt: Simulation der Reinigungsprozesse, der Tauchlackierung, der Spritzlackierung, der Materialversorgung, der Abdichtprozesse etc. Aber an welcher Stelle ist der numerische Ansatz sinnvoll, wo ist er wirtschaftlich? Am Beispiel der Flugzeuglackierung soll dies verdeutlicht werden.

Die Simulation eines Pneumatikzerstäubers wird durch die Beschichtung eines Testobjekts im Technikum verifiziert. Quelle (zwei Grafiken): Fraunhofer IPA

Die Simulation eines Pneumatikzerstäubers wird durch die Beschichtung eines Testobjekts im Technikum verifiziert. Quelle (zwei Grafiken): Fraunhofer IPA

In der Vergangenheit hat sich der Einsatz der numerischen Simulationen in der Regel daran orientiert, was möglich ist. Heute sind die Simulationsmethoden aber so weit entwickelt, dass konkrete Probleme auch ohne großen finanziellen und zeitlichen Aufwand effizient bearbeitet werden können. Dazu ist es wichtig, die richtigen Methoden für die Problemlösung auszuwählen und auf Versuche auszuweichen, wenn dieser Ansatz schneller zur Lösung führt, oder eine Kombination beider Ansätze zu verfolgen.

Anwendungsszenarien für Simulationen:

  • Absicherungen bei der Anlagenplanung: Kabinenströmung, Lösemittelausbreitung, Taktzeit, Trocknerlängen etc.
  • Parameter-Optimierung: Bei sehr aufwendigen oder zu kostenintensiven Versuchen ist es günstiger die Optimierung offline durchzuführen
  • Visualisierung oder Berechnung von nicht oder schwer zu quantifizierenden Prozessgrößen wie Luftströmungen, Mischungsgüte in Zweikomponentenmischern u.ä.
  • Worst-Case-Absicherungen: Die Anlage kann durch Berechnung sehr seltener Lastfälle (z.B. Schwankungen in der Temperatur), aufwendiger und/oder teurer Problemstellungen (wie Farbverschleppung in der Ringleitung) oder gar gefährlicher Szenarien (z.B. Explosionsgrenze) abgesichert werden
  • Prozessstabilität: In der Simulation kann der Einfluss einzelner Parameter sehr spezifisch analysiert werden
  • Fehleranalyse: Durch gezielte Veränderungen von Kombinationen von Einflussgrößen können potentielle Fehlerausgeschlossen werden
  • Design neuer Produkte: Schon bei der Produktgestaltung die Lackierbarkeit berücksichtigen (z.B. Spritzschatten oder Faraday‘sche Käfige bei elektrostatischer Lackierung)

Beispiel: Konstruktion eines Flugzeugrumpfs

Als konkretes Beispiel soll der letzte Punkt an einem Projekt beim Fraunhofer IPA verdeutlicht werden: Die Konstruktion des Flugzeugrumpfs ist ein aufwendiger Prozess, der eine große Anzahl an Rahmenbedingungen erfüllen muss. Deshalb werden in frühen Designphasen in der Regel keine Lackierversuche durchgeführt. In diesem Projekt wurden Simulationen der Flugzeugaußenhaut mit aufgeschweißten Längsspanten (Stringer) durchgeführt, um die

Die Grafik zeigt die berechneten Schichtdicken bei der pneumatischen Beschichtung einer Sicke.

Die Grafik zeigt die berechneten Schichtdicken bei der pneumatischen Beschichtung einer Sicke.

Einhaltung der Schichtdickentoleranzen abzusichern, da einerseits Überbeschichtungen zu Rissbildungen und Enthaftungen und andererseits Unterbeschichtungen zu fehlender Benetzung und Korrosionsproblemen führen können. In einem weiteren Projekt soll jetzt die Kopplung zum Design-Prozess noch enger werden, um schon frühzeitig Problemstellen zu erkennen und die Lackierprozesse zu diskutieren. Wichtig ist dabei z.B. ob die Lackierung vor oder nach der Montage erfolgen soll oder die Auswahl der Lackiertechnik. Dazu werden die Schnittstellen so optimiert, dass eine Durchgängigkeit der CAD-Modelle vom Design in die Simulation verbessert wird und Rückkopplungen von der Prozesssimulation zum Design vereinfacht werden. Die Absicherung der numerischen Methodik findet im Oberflächentechnikum statt. Dabei kommt u.a. Messtechnik zum Einsatz, die den Sprühstrahl z.B. hinsichtlich Tröpfchengröße, Partikelgeschwindigkeit, Schichtdicke charakterisiert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die numerischen Methoden so weit fortgeschritten sind, dass sie sich der Aufgabenstellung anpassen, nicht mehr umgekehrt. Trotzdem muss die Anforderung an die Simulation genau herausgearbeitet werden, um schnell und effizient die Lösung des Problems zu erreichen und die Wirtschaftlichkeit des Simulationsansatzes zu bewerten.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dieter Ondratschek, Tel. +49 711 970-1759, do@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de/lackiertechnik

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