{"id":9600,"date":"2022-04-20T10:41:01","date_gmt":"2022-04-20T08:41:01","guid":{"rendered":"https:\/\/192.168.122.240\/?p=9600"},"modified":"2025-12-10T10:52:30","modified_gmt":"2025-12-10T09:52:30","slug":"am_reinforce","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bionik.hs-bremen.de\/en\/forschung\/am_reinforce\/","title":{"rendered":"B-I-C Forschungsprojekt: AM_Reinforce"},"content":{"rendered":"
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B-I-C ForschungsProjekt <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
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am_rEINFORCE<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Entwicklung eines Numerik-Tools zur lastgerechten Orientierung von Endlosfasern in additiv gefertigten Strukturen<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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AM_Reinforce zeigt, wie biologisch inspirierte Faserarchitekturen additiv gefertigte Bauteile signifikant verst\u00e4rken \u2013 mit bis zu zehnfach h\u00f6herem E-Modul und dreifacher Zugfestigkeit.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Technische Herausforderung der additiven Fertigung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Additive Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck haben sich als wirtschaftliche L\u00f6sung f\u00fcr die werkzeuglose Herstellung individueller Kunststoffbauteile und Kleinserien etabliert. Trotz dieser Vorteile sto\u00dfen additiv gefertigte Bauteile bei strukturellen Anwendungen schnell an ihre Grenzen: Die vergleichsweise geringe Steifigkeit und Festigkeit schr\u00e4nken die Tragf\u00e4higkeit erheblich ein. Zwar lassen sich die mechanischen Eigenschaften durch Faserverst\u00e4rkung verbessern, doch die bislang eingesetzten Verfahren orientieren sich in der Regel ausschlie\u00dflich an den Druckpfaden und nicht an den realen Belastungspfaden innerhalb der Struktur.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Bio-inspirierte Faserarchitektur als L\u00f6sungsansatz<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Genau hier setzte das Projekt AM_Reinforce<\/strong> an. Ziel war die Entwicklung einer biologisch inspirierten Methode zur lastgerechten Endlosfaserverst\u00e4rkung additiv gefertigter Tragstrukturen. Das Bionik-Innovations-Centrum (B-I-C) unterst\u00fctzte das Projekt durch die Entwicklung eines Numerik-Tools zur optimalen Ausrichtung der Verst\u00e4rkungsfasern entlang der Hauptbelastungspfade \u2013 nach dem Vorbild nat\u00fcrlicher, lastadaptiver Faserarchitekturen.

In Kooperation mit der J. Schmalz GmbH und dem Fraunhofer-Institut f\u00fcr Werkzeugmaschinen und Umformtechnik wurde die Methode an einem Kragarm eines ergonomischen Handhabungssystems erprobt, wie er beispielsweise in Exoskeletten zum Heben von Lasten eingesetzt wird. Zun\u00e4chst wurde ein an den Bauraum angepasstes CAD-Modell entwickelt und mittels SKO optimiert. Anschlie\u00dfend erfolgte mit CAIO die Berechnung der optimalen Faserpfade, die in ein fertigungsgerechtes Kanalmodell \u00fcberf\u00fchrt wurden.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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(A)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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(B)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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(C)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Darstellung des weiteren Entwicklungsprozess: (A) Ein Drahtmodell zur belastungsgerechten Anordnung der Faserverst\u00e4rkung, (B) die Erstellung der Kanalstruktur und (C) das CAD-Modell f\u00fcr die Bauteilstruktur. (Quelle: B-I-C)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Nachweis der Leistungssteigerung und industrielle Relevanz<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die aus den abstrahierten Hauptlastpfaden abgeleiteten Kanalstrukturen wurden additiv gefertigt und mit Endlosfasern verst\u00e4rkt. Die anschlie\u00dfenden FEM-Simulationen sowie die experimentellen Untersuchungen an den vom Fraunhofer gefertigten Prototypen zeigten eindrucksvolle Ergebnisse: Das Zug-E-Modul konnte im Vergleich zu einer unverst\u00e4rkten Struktur um den Faktor zehn gesteigert und die Zugfestigkeit verdreifacht werden.<\/p>

Damit demonstriert AM_Reinforce eindrucksvoll das Potenzial biologisch inspirierter Konstruktionsmethoden f\u00fcr die gezielte Verst\u00e4rkung additiver Strukturen \u2013 mit hoher Relevanz f\u00fcr Leichtbau und industrielle Anwendungen.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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Hauptnormalspannungen am Modell (links) und an den Faserkan\u00e4len (rechts): Rott\u00f6ne zeigen die Zugspannungen, Blaut\u00f6ne zeigen die Druckspannungen. (<\/span>Quelle: B-I-C) <\/span><\/p>\n

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Additiv gefertigter Prototyp (Quelle: Fraunhofer IWU)<\/p>

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Das Forschungsprojekt AM_Reinforce wurde wurde im Rahmen des \u201eIdeenwettbewerbs Biologisierung der Technik“ vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) gef\u00f6rdert.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Staff<\/h3>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Prof. Dr. Antonia Kesel<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Prof. Dr. Susanna Labisch<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Hannah Isermann (B. Sc.)<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

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