A method for the shape optimization of a cavity for the injection molding process isimplemented and tested. This is necessary because shrinkage and warpage occur during the cooling process. As a result, the shapes of the cavity and the molding differ.Since the shape of the molding depends directly on the cavity, an environment is implemented in PYTHON which allows to determine an optimized shape of the cavity.The process of injection molding is modelled using the finite element method. Theprocess before ejection is simulated with aid of help of a time-dependent thermal conductivity model. Shrinkage and warpage that occur during cooling after ejection aredescribed by a non-linear elasticity equation which also takes thermoelastic materialbehavior into account.These simulations are integrated into an optimization algorithm which utilizes freeform deformation to change the shape of the cavity. The aim of the optimization isto achieve the smallest possible deviation between the geometry of the molding anda reference geometry. For this purpose, an objective function is introduced, whichdefines a scalar value for the shape deviation.The framework is examined in 3D in relation to the impact of the choice of differentoptimization algorithms, the influence of its design parameters, their sensitivities andthe impact of an initial guess. Finally, a real-world application case is optimized withthe presented method.
en
Eine Methode zur Formoptimierung einer Kavitätsgeometrie für den Kunststoffspritzguss wird implementiert und getestet. Dies ist notwendig, da es während des Abkühlungsvorgangs beim Kunststoffspritzgussverfahren zu Schwindungen und Verzug im Bauteil kommt, was zur Folge hat, dass sich die Formen von Kavität und Werkstück unterscheiden. Da die Werkstückform direkt von der Kavität abhängt, soll eine Umgebung in PYTHON geschaffen werden, die es erlaubt eine geeignete Form der Kavität zu ermitteln. Der Prozess des Kunststoffspritzgusses wird mithilfe der Finiten Elemente Methode(FEM) modelliert. Dabei wird der Prozess vor dem Auswurf mithilfe einer zeitabhängigen Wärmeleitungsgleichung simuliert. Schwindung und Verzug während des Abkühlens nach dem Auswurf wird mit einer nicht-linearen Elastizitätsgleichung beschrieben, welche zusätzlich das thermoelastische Materialverhalten berücksichtigt. Diese Simulation sind in einen Optimierungsalgorithmus eingebunden, welcher mithilfe einer Free-Form-Deformation die Kavitätsgeometrie verändert. Ziel der Optimierung ist dabei eine möglichst kleine Abweichung zwischen der Geometrie des Werkstücks und einer Referenzgeometrie. Hierfür wird eine Zielfunktion eingeführt, welche einen skalaren Wert für die Formabweichung errechnet. Die Umgebung zur Formoptimierung der Kavitätsgeometrie für den Kunststoffspritzguss wird in 3D untersucht. Dabei wird die Auswahl verschiedener Optimierungsalgorithmen, der Einfluss der Design Variablen, der Sensitivtäten sowie einer passenden Initialisierung untersucht. Schließlich wird ein realer Anwendungsfall mit der vorgestellten Methode optimiert.
de
Additional information:
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
