| Forschungsprojekt: | Ocamos -- Optimized Carbon-fiber-reinforced Additive-Manufacturing Of load-oriented Structures (I3 Projekt) Entwicklung optimierter Design- und Produktionverfahren für kontinuierlich faserverstärkten Verbundstrukturen für die Anwendung in der Verstärkung, Reparatur und Fertigung von Leichtbauteilen mittels 3D-Druck |  |
| Forschungsbereich: | Freiform 3D-Druck, Faserverbundwerkstoffe, Lastgerechte Fertigung | |
| Gefördert durch: | I3 Programm der TUHH | |
| In Zusammenarbeit mit: | Institut für Strukturmechanik im Leichtbau (TUHH) | |
| Beginn des Projektes: | Januar 2022 | |
| Ende des Projektes: | Dezember 2023 |
Beschreibung:
Mit der fortschreitenden Entwicklung des 3D-Drucks und neuer Materialien ergibt sich die Möglichkeit zur Fertigung von Bauteilen mit erstaunlichen Festigkeitseigenschaften bei sehr geringem Gewicht. Eine maßgebliche Limitierung der klassischen Fertigungsprozesse von Faserverbundbauteilen wie dem automated fiber placement oder der Laminierung ist der hohe Aufwand bei komplexen Geometrien. Bauteile mit hoher Krümmung oder kleinteiligen Elementen können mit diesen Prozessen häufig garnicht hergestellt werden. Mithilfe von vorimprägnierten Filamenten könnte der 3D-Druck von kontinuierlich faserverstärkten Kunstoffen nun diese Lücke schließen. Für den Erfolg dieser vielversprechenden Kombination fehlt es allerdings an Prozesskenntnis und Software zur Umsetzung der Vielzahl an neuartigen Ideen.
Das durch das I3 Programm der technischen Universität Hamburg geförderte Projekt hat zum Ziel Lösungen für diesen Mangel zu liefern und dabei besonders neue Wege zu gehen. Expliziter Fokus liegt dabei auf der Konzeption und Umsetzung einer lastorientierten Softwarelösung, die automatisch aus angegebenen Lastfällen ein Bauteil konstruiert und eine Roboterbahn plant. So kann die Fertigung schnell und mit lastoptimierten Ergebnissen ermöglicht werden. Weiterhin wird sich das dynamische Andrucken von Teilstrukturen an existierende Bauteile zum Ziel gemacht, um das Anwendungspektum noch breiter auszulegen. Somit steht die Bahnplanung auf Freiformoberflächen im Zentrum der Forschungsarbeit innerhalb des Projektes.
Die größten Herausforderungen stellen die divergenzreichen und turbulenten Felder der Lastfallanalyse, die einzigartigen Materialeigenschaften der Faserfilamente und die Einbettung der Vielzahl an Teilprozessen in ein zusammenhängendes Framework dar. Weiterhin sind die Fertigungsermöglichung, die mehrdimensionale Bahnplanung und Topologieoptimierung mit Berücksichtigung der Anisotropie der Werkstoffe als Aufgaben zu nennen.
Im vorangegangen Projekt EpoxySpacePrinter wurde die Fertigungsanlage bereits validiert und der Prozess und das Material untersucht, um in Zukunft ganzheitliche Betrachtungen des Fertigungsverfahren zu ermöglichen und neue Ideen experimentell verifizieren zu können.
Ansprechpartnerin am Institut: Johann Kipping, M.Sc.