Generative Struktur-, Technologie- und Webmaschinenentwicklung für unikale zellulare 3D Strukturen in Leichtbauweise

Cornelia Sennewald

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Beschreibung

Vor dem Hintergrund immer komplexer werdender Anforderungen im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau sowie höherer gesetzlicher Auflagen hinsichtlich ökologischer Aspekte kommt es zu einer stetig steigenden Nachfrage nach nachhaltigen, innovativen Produkten. Ein Großteil der Produktinnovationen gründet sich auf Leichtbaulösungen mit neuen oder verbesserten Werkstoffen, wobei völlig neue Konstruktionen mit extrem hohen Funktionalitäten im Multimaterialdesign gefordert werden. Einen innovativen Ansatzpunkt bietet die relativ junge Werkstoffklasse der zellularen metallischen Werkstoffe. Im Rahmen der Dissertation werden neue Struktur- und Technologiekonzepte zur Realisierung innovativer zellularer 3D Strukturen entwickelt und auf Basis eines etablierten textiltechnischen Fertigungsverfahrens, dem Webverfahren, umgesetzt. Dabei werden die notwendigen Grundlagen für die Bindungs- und Strukturentwicklung sowie die gezielte Weiterentwicklung der notwendigen Maschinentechnik erarbeitet. Anhand von Demonstratoren wird der Nachweis für die Flexibilität des neu entwickelten generativen Fertigungsverfahrens zur Umsetzung unikaler lastangepasster 3D Strukturen für High-Tech Anwendungen erbracht. Die in dieser Dissertation entwickelte Technologie auf Basis eines stark modifizierten Webprozesses stellt ein absolutes Alleinstellungsmerkmal dar und eröffnet durch die Nutzung eines etablierten Fertigungsverfahrens deutliche wirtschaftliche Vorteile in der Halbzeugherstellung und Verbundbauteilfertigung. Für die Nutzung der Ergebnisse in Serienanwendungen werden wesentliche Impulse und Ansätze zur Überführung der Ergebnisse in die industrielle Praxis und der Erfüllung der Forderung nach einer durchgehenden Prozesskette erbracht. Potentielle Anwendungsfelder für die entwickelten zellularen 3D Strukturen sind insbesondere im Extremleichtbau, als Verstärkungskomponente in Sandwichstrukturen oder hochbelasteten Metall-Matrix-Verbunden im Containmentbereich zum Beispiel im Containerbau oder als Explosionsschutz, im Biowerkstoffbereich sowie im Bauwesen zu sehen.