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Forschung 2018
(2018)
Forschungsbericht 2017
(2017)
Additive Fertigung hat sich in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert und bildet eine wichtige Schlüsseltechnologie. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen, haben additiv gefertigte Bauteile aus Kunststoffen geringere Festigkeit und Steifigkeit, sodass sich ihre Verwendung als lasttragende Strukturen schwierig gestaltet. Insbesondere der Einsatz von endlosen Verstärkungsfasern kann die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Strukturen signifikant verbessern und die Fertigung hochbelastbarer Faserverbundstrukturen im 3D-Druckverfahren ermöglichen. Daher gilt es aktuell notwendige Anlagen und Prozessketten für den Fertigungsprozess aber auch Vorgehensweisen für die belastungsoptimierte Auslegung der Faserverläufe innerhalb des Bauteils zu entwickeln, um so das Themengebiet „Endlosfaserverstärkter 3D-Druck“ weiter voranzutreiben. Für mehr räumliche Freiheit bei der Positionierung der Druckbahnen können industrieroboterbasierte Systeme eingesetzt werden, um so das Potenzial gerichteter Bauweise von Faserverbundstrukturen auch im additiven Fertigungsprozess vollumfänglich ausschöpfen zu können. Dabei ermöglicht ihr Einsatz auch eine räumliche Ablage der Faserverstärkung, wobei für die Materialablage ein geeigneter 3D-Druckkopf erforderlich ist. Für die Implementierung der Faserverstärkung ist zudem eine dem Lastfall entsprechende Auslegung des Bauteils sowie die Ermittlung einer sinnvollen Faserpositionierung innerhalb des Bauteils erforderlich, wobei unterschiedliche Variablen aus den Bereichen Material, Struktur und Fertigungsprozess berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen des Vortrages werden die Herausforderungen der Technologieentwicklung des endlosfaserverstärkten 3D-Drucks aufgegriffen sowie auf eine belastungsorientierte Faserpositionierung näher eingegangen. Aktuelle Erkenntnisse werden diskutiert sowie eine Entwurfsmethodik für die Prozesspfadgenerierung vorgeschlagen.
Structural Dynamic Analysis of Thin Composite Plates Using Noncontact Measurement and Excitation
(2016)
Test Setup for Investigating the Impact Behavior of Biaxially Prestressed Composite Laminates
(2024)
Instrumented impact testing and compression-after-impact testing are important to adequately qualify material behavior and safely design composite structures. However, the stresses to which fiber-reinforced plastic components are typically subjected in practice are not considered in the impact test methods recommended in guidelines or standards. In this paper, a test setup for investigating the impact behavior of composite specimens under plane uniaxial and biaxial preloading is presented. For this purpose, a special test setup consisting of a biaxial testing machine and a specially designed drop-weight tower was developed. The design decisions were derived from existing guidelines and standards with the aim of inducing barely visible impact damage in laminated carbon fiber-reinforced plastic specimens. Several measurement systems have been integrated into the setup to allow comprehensive observation of the impact event and specimen behavior. A feasibility test was performed with biaxially prestressed carbon fiber-reinforced plastic specimens in comparison with unstressed reference tests. The compressive-tensile prestressing resulted in lower maximum contact forces, higher maximum deflections, higher residual deflections and a different damage pattern, which was investigated by light microscopic analysis. Finally, the functionality of the experimental setup is discussed, and the results seem to indicate that the test setup and parameters were properly chosen to investigate the effect of prestresses on the impacts behavior of composite structures, in particular for barely visible subsequent damages.