Simulationsmodelle sparen Kosten durch Prozesskontrolle

Ein im März 2022 abgeschlossenes Forschungsprojekt an der Technischen Universität von Lissabon beschäftigte sich mit der Entwicklung eines Multi-Skalen-Modells, um das Trocknungsverhalten eines beschichteten Substrats unter IR-Strahlung zu steuern und vorherzusagen.

Der IR-Trocknungsprozess spart bei der Beschichtung von Metall-Coils Zeit, Energie und Platz. Beschichter profitieren von der besseren Kontrollierbarkeit des Verfahrens sowie von den geringeren Kosten. Foto: Adobe Stock – jaojormami

Komplexe Materialien wie zusammengesetzte Lackschichten lassen sich mit Hilfe von Computersimulationen untersuchen. Trocknungsprozesse beispielsweise finden dabei auf der Quantenebene statt, aber auch auf größeren räumlichen und zeitlichen Skalen. Die Multi-Skalen-Modellierung ist eine mathematische Methode, die diese verschiedenen Simulationsebenen zusammenführt und so zu einer genauen Beschreibung und zu realistischen Vorhersagen bei Materialien und Prozessen verhilft. Das Modell im Forschungsprojekt erfasst den simultanen Hitze- und Massetransfer in einer flüssigen, trocknenden Lackschicht. Im Fokus stand dabei das Ziel, Trocknungsprozesse bei der Herstellung lackierter Coils zu optimieren – in erster Linie für die Automobilindustrie. Kann man diese Prozesse exakt vorhersagen, ermöglicht dies, die maximale Menge an Lösemittel zu verdunsten, und das in der kürzest möglichen Zeit bei minimalem Energieverbrauch. Gleichzeitig sollte die Qualität der Oberfläche erhalten bleiben. Das entwickelte Multi-Skalen- Modell beruht auf einer Mikro/Beschichtung- sowie einer Makro/Ofen-Skala, die mit Hilfe einer iterativen Methode verknüpft wurden. Untersucht wurden die Verfahren im Konvektionsofen und mit IR-Strahlern. Auf diese Weise konnten die Forscher u.a. die Parameter Trocknungszeit, Energieverbrauch und Effizienz vergleichen und optimieren. Bei der Beurteilung der Beschichtungsqualität legte das Team besonderes Augenmerk auf eine gute Haftung auf dem Metallsubstrat, eine hohe Resistenz gegen Umwelteinflüsse und eine ausreichende Flexibilität der Oberfläche, so dass das Blech beim erforderlichen Abknicken keine Risse zeigt. Das Projekt wurde u.a. durch das EU-Förderprogramm für Forschung und Innovation „Horizont 2020“ finanziert.

Zum Netzwerken:

Technical University of Lisbon, Department of Mechanical Engineering, PT-Lissabon, Prof. José Pereira, Tel. +351 218 417548, dem@tecnico.ulisboa.pt, www.tecnico.ulisboa.pt

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