Motivation
Sehr viele Produkte aus Kunststoffen mit konstanten Querschnitten wie beispielsweise Rohre, Fensterprofile und Kabelkanäle werden im Extrusionsverfahren gefertigt. Bei diesem Herstellungsverfahren wird der Kunststoff aufgeschmolzen und durch eine formgebende Öffnung, das sogenannte Profilwerkzeug, gedrückt. Viele Unternehmen führen die Optimierung ihrer Werkzeuge noch immer experimentell durch, was mit langen Ausfallzeiten und hohen Ressourcenverbräuchen für Testläufe verbunden ist. Dies stellt vor allem für kleine und mittlere Unternehmen ein großes Problem dar, insbesondere im Hinblick auf die Rohstoffpreise und den anhaltenden Fachkräftemangel. Computer-Simulationen der Fließprozesse in Extrusionswerkzeugen bieten eine fundierte Möglichkeit zur digitalen Optimierung. Allerdings stellen Simulationen hohe Anforderungen an die Bedienungs- und Infrastrukturkompetenz der Mitarbeitenden. So sind bisher hochqualifiziertes Fachpersonal und teure Hardware erforderlich, um Simulationen durchführen zu können. Diese Anforderungen stellen für viele Unternehmen, insbesondere KMU, kaum überwindbare Hürden dar.
Ziele und Vorgehen
Das KIcKER-Vorhaben, durchgeführt vom Kunststoff-Zentrum SKZ und der IANUS Simulation GmbH, zielt darauf ab, ein KI-Assistenzsystem zur Auslegung und Optimierung von Profilwerkzeugen zu entwickeln. Die Grundlage für das System bildet ein digitales Abbild – ein sogenannter Digitaler Zwilling – des Profilwerkzeugs. Nach Vorgabe entsprechender Zielkriterien, etwa einem gleichmäßigen Austritt des Kunststoffs aus dem Werkzeug, wird ein geeignetes neuronales Netz genutzt, um die Werkzeugparameter mit der Güte der Strömung des Kunststoffes zu verknüpfen. Mithilfe vollautomatischer numerischer Strömungssimulationen wird ein umfangreicher Datenpool erzeugt, der durch Echtweltdaten aus realen Extrusionsversuchsreihen ergänzt wird. Dadurch kann das neuronale Netz ausgiebig trainiert und getestet werden. Konstrukteurinnen und Konstrukteure können so innerhalb kürzester Zeit verschiedene Geometrievarianten eines Profilwerkzeugs digital testen und konkrete Aussagen über die Güte der Konstruktion erhalten. Bei diesem Rapid-Prototyping-Prozess führt der KI-Assistent die Mitarbeitenden Schritt für Schritt zur optimalen Konfiguration des Werkzeugs.
Innovationen und Perspektiven
Das Optimierungsmodul besitzt das Potenzial, auf andere Extrusionsprozesse übertragbar zu sein. Hier wäre vor allem das Extrusionsblasformen zu nennen, mit dem beispielsweise Plastikflaschen und Kanister hergestellt werden. Insgesamt kann das Vorhaben somit einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneinsparung und Qualitätssteigerung im Kunststoff-Bereich leisten.