3D-Strain-Sense: Zustandsüberwachung durch Sensoren auf bionischen Strukturbauteilen
LAUFZEIT:
04/2023
—
03/2026
Projektlaufzeit gesamt:
3 Jahre
Roboterunterstützter Druck von elektronischen Komponenten auf 3D Oberflächen, Foto: JOANNEUM RESEARCH
Das Projekt
Wie kann man die Funktionen von Flugzeugoberflächen prüfen?
Zur Emissionsreduktion sollen zukünftig gewichtsoptimierte, bionische Bauteile aus additiver Fertigung (3D-Druck) in Flugzeugen zur Anwendung kommen. Zusätzlich sollen Sensoren zur Zustandsüberwachung direkt auf deren Oberflächen gedruckt werden. Das Besondere dabei ist, dass der Druck auf mehrfach gekrümmte Freiform-Oberflächen erfolgt. Hierfür kommt ein serieller Manipulator zum Einsatz, welcher das Bauteil präzise unter dem stationären Druckkopf bewegt.
Unsere Tätigkeiten im Projekt
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren mit ebenen Druckbildern erfordert der Druckprozess auf dreidimensionalen mehrfach gekrümmten Oberflächen zusätzliche Freiheitsgrade. Wir entwickeln die Pfadplanung, Kollisionskontrolle sowie die Synchronisation mit dem Druckkopf und programmieren den seriellen Manipulator in einem Versuchsaufbau des Gesamtsystems.
Forschungsgruppen
Downloads
Auftraggeber
FFG
Projektpartner
alphacam austria GmbH
Mali AIR Luftverkehr GmbH
Materials Center Leoben Forschung GmbH
Sinus Pro GmbH
Details zum Projekt
Das Ziel ist es, mittels additiver Fertigung und einer Zustandsüberwachung von Bauteilen Lösungen für eine nachhaltigere Flugzeugindustrie zu entwickeln. Im Detail bedeutet das: Expert*innen aus KMUs und F&E-Instituten erforschen eine innovative Methode, um resistive Sensoren mittels funktionalem Direct-to-Shape-Druck auf konvexe und konkave Freiformoberflächen dank robotergesteuertem Inkjet-Druck aufzubringen. Ein besonderer Aspekt bei diesem Vorhaben ist, dass erstmalig die zu bedruckenden Teile bei vertikaler Druckrichtung bewegt werden. Dies soll zu einer höheren Präzision und Reproduzierbarkeit gegenüber gekippten Druckköpfen führen.
Was ist der Hintergrund?
Ein entscheidender Faktor zur Verringerung der Emissionen in der Flugzeugindustrie ist die Gewichtsreduktion. Bei vielen Bauteilen kann beispielsweise durch bionische Optimierung eine erhebliche Materialeinsparung bei gleicher Belastbarkeit erzielt werden. Mit konventionellen Fertigungsmethoden lassen sich solche Geometrien meist nicht wirtschaftlich produzieren. Mittels additiver Fertigung gelingt es jedoch. Neben der Gewichtsoptimierung sollen auch Wartungsintervalle und Servicezeiten der Flugzeuge verbessert werden. Techniken der SHM (Structural Health Monitoring), also der Zustandsüberwachung von kritischen Bauteilen, können dabei helfen, unnötiges Austauschen von einwandfreien Bauteilen vorzubeugen.
Als ersten Schritt werden Demonstratoren für Zusatztankhalterungen in Kleinflugzeugen entwickelt und im Labor einer wissenschaftlich-fundierten Ermüdungsprüfung und Versagensuntersuchung an bionischen Demonstratoren unterzogen. Dadurch wird eine wichtige Datenbasis für die Validierung der Prozesssimulation geschaffen, die für die Weiterentwicklung, insbesondere für Topologie-optimierte Komponenten mit schwieriger Wärmeverteilung, essenziell ist.
Die entwickelten Demonstratoren dienen auch als Grundlage für die langfristige Integration des Structural Health Monitoring (SHM) in die Struktur von Flugzeugen. Dies soll die Integration von 3D-Druck und bionischen Leichtbauteilen in die Hauptstruktur bis zum Jahr 2035 ermöglichen.
