»PaintVisco«
Fraunhofer-Projekt bestimmt Eigenschaften von Lacken virtuell
Im Projekt »PaintVisco« modellieren Forschende am Fraunhofer IPA die Entwicklung und Verarbeitung von Lacken. Vorbild bei der Entwicklung eines neuen Simulationsprogramms, mit dem sich die exakten Eigenschaften von Lacken virtuell bestimmen lassen, war die Fledermaus.
Lacke sind viskoelastisch. Dies bedeutet, dass sie – abhängig von Zeit und Temperatur – ihre Eigenschaften verändern: Zunächst verhalten sie sich eher wie Flüssigkeiten, später eher wie Feststoffe. Die Viskoelastizität wiederum ist entscheidend für die Prognose des Verlaufs, also der Fähigkeit eines Lacks, Unebenheiten auszugleichen.
Um dieses komplexe Verhalten von Lacken zu simulieren, ist eine Fülle von Daten erforderlich. Die Messgeräte, die diese liefern sollen, heißen Rotationsrheometer. Sie ermitteln die Fließfähigkeit von Lacken, indem sie eine dünne flüssige Lackprobe mit einer aufgesetzten Scheibe in Drehung oder Schwingung versetzen und dann messen, welche Kraft für die Verformung nötig ist. Bisherige Geräte verhindern jedoch das Abdampfen der Lösungsmittel, die Ergebnisse sind daher für die Lackindustrie nur eingeschränkt aussagekräftig. Darum hat Dr. Fabian Seeler, Forscher am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), gemeinsam mit seinem Team eine neue Messtechnik entwickelt.
Das Messprinzip haben sie sich bei der Fledermaus abgeguckt. Die Fledermaus nutzt kurze Ultraschall-Rufe für die Orientierung: Jeder Ruf enthält niedrige und hohe Frequenzen, die von der Umgebung reflektiert werden und fließend ineinander übergehen. Am Echo erkennt die Fledermaus beispielsweise, wo sich Hindernisse oder Beutetiere befinden. Indem der Ruf wiederholt wird, kann die Fledermaus verfolgen, wie sich der Abstand zu einem Hindernis mit der Zeit verändert oder wie sich das Beutetier bewegt.
Auch das PaintVisco-Rheometer arbeitet mit fließend ineinander übergehenden Frequenzen. Variiert werden dabei die Frequenzen, mit denen die Lackprobe verformt wird. Durch Wiederholung der Abfolge von Frequenzen lässt sich die Veränderung der viskoelastischen Lackeigenschaften beim Abbinden erfassen. Durch diese Signalform sei es möglich, alle für die Verlaufsprognose benötigten Daten innerhalb kürzester Zeit zu ermitteln, betont Dr. Seeler.
Mit dem virtuellen Lacklabor können die Forschenden am Fraunhofer IPA jetzt auch die Lösemittelverdunstung berücksichtigen: In ihrem Rheometer wird die Lackschicht nicht mehr durch eine geschlossene Scheibe, sondern durch eine Konstruktion aus mehreren Ringen verformt. Die Öffnungen zwischen den Ringen erlauben es dem Lösemittel, zu verdunsten.
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