Entwicklung einer Prozessführung mittels eines digitalen Zwillings zum in-situ Fügen additiv gefertigter Strukturen auf thermoplastischen Laminaten (Bachelorarbeit)

Kurzfassung

Additive Fertigung (eng.: additive manufacturing, AM) wird zunehmend genutzt, um auch in der Industrie Funktionsbauteile herzustellen. Insbesondere die Möglichkeit Bauteilgeometrien zu realisieren, welche mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht umsetzbar sind, sorgen für eine stetiges Wachstum der AM-Branche. Ein bestehender Nachteil von AM-Bauteilen aus Polymeren ist deren geringe Festigkeiten. Durch das in-situ Fügung von additiv gefertigten Strukturen auf thermoplastischen CFK-Laminaten aus dem Automated Fibre Placement (AFP) können multifunktionale, hochfeste Leichtbaustrukturen hergestellt werden. Bei CFK-Laminate, welche mittels AFP hergestellt werden, können eine Vielzahl an Oberflächendefekten prozessbedingt entstehen. Diese Defekte können die Festigkeit der Fügung mit den additiv gefertigten Strukturen schwächen. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Anpassung der additiv gefertigten Struktur an die Defekte des thermoplastischen Laminats mittels digitalen Zwilling. Zunächst wird der Einfluss verschiedener Oberflächendefekte von AFP-Laminaten auf die Scherfestigkeit der Fügung mit der additiven Struktur untersucht. Aus den Ergebnissen lässt sich dann ableiten, welche Defekte durch das additive Fügen kompensiert werden müssen. Anschließend wird eine Prozessführung konzeptioniert, die die Geometrie der AM-Struktur an die Defekte des AFP-Laminats anpasst. Eine Erprobung dieser Prozessführung zeigt eine konstantere Schichtdicke der AM-Struktur und somit bessere mechanische Eigenschaften der Fügung. Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, die Adaption der untersuchten Fügetechnologie in die Industrie zu ermöglichen.