Werkstoff- und beanspruchungsgerechtes Konstruieren
Ein Forschungsschwerpunkt der Fachgruppe besteht in der Untersuchung effektiver Material- Bauteileigenschaften in der additiven Fertigung sowie der prozessgerechten Topologie-optimierung.
Dabei wird das effektive Verhalten von additiv gefertigten Bauteile mithilfe der Methode der repräsentativen Volumenelemente untersucht, um so die Charakteristika der Additiven Fertigung sowie die Berücksichtigung von Gitterstrukturen effektiv zu beschreiben und als digitale Materialien zur Verfügung zu stellen.
Additive Fertigung eines Bauteils mit trigonaler Füllstruktur in der Materialextrusion. Die Verwendung von Füllstruktur ermöglicht die Nutzung bisher unerreichbarer Leichtbaupotentiale.
In der prozessgerechte Strukturoptimierung werden Restriktionen von Fertigungsprozessen betrachtet, damit diese als Randbedingungen in der Topologieoptimierung berücksichtigt und so zu Designvorschlägen führen, die direkt als Prototyp eingesetzt werden können. Ebenso werden Methoden zur Automatisierung der verschiedenen Digital Engineering Prozesse entwickelt, sodass sich bionische Strukturen quasi auf einen Klick erzeugen lassen.
Schematischer Ablauf des One Click Tools in Z88Arion®, basierend auf einem Bauraum und äußeren Lasten wird über einen hybriden Optimierungsalgorithmus ein prozessgerechter Prototyp generiert.
Ebenso wird daran geforscht mithilfe von Metamodellen Ergebnisse aus Prozesssimulationen in die Strukturoptimierung zu integrieren.
Integration der Prozesssimulation in die Topologieoptimierung am Beispiel der iterativen Optimierung eines Druckgussbauteils. Der modifizierte und optimierte Rand (rot) und der modifizierte und optimierte Konstruktionsvorschlag (blau) sind zu einem Körper verschmolzen, der einen neuen Konstruktionsvorschlag mit verbesserter Herstellbarkeit darstellt. Zum besseren Verständnis des Ergebnisses sind hilfsweise die Randbedingungen der TO- und Füllsimulation dargestellt.
Die Tribologie und Oberflächentechnik kennzeichnet den zweiten Forschungsschwerpunkt der Fachgruppe. Durch die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) werden tribologisch wirksame Schichten auf Probekörpern für Modelltests und auf Bauteilen für Komponententest (im Bild Lagerringe eines Axiallagers) abgeschieden. Im Fokus stehen amorphe Kohlenstoffschichten sowie Festschmierstoffschichten. Das Ziel der Beschichtungen besteht in der Reibungs- und Verschleißreduzierung und damit einer Gebrauchsdauererhöhung der Bauteile.
Chargierung von Axiallagerringen in der PVD-Beschichtungsanlage für einen Beschichtungsprozess unter anwendungsrelevanter 3-facher Substratrotation.
Eine eingehende skalenübergreifende Schichtcharakterisierung (Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und tribologisches Verhalten) dient hierbei der Gewinnung von Erkenntnissen der Elementarmechanismen, die zu Reibungs- und Verschleißvorgängen führen. Dabei stellt die Übertragbarkeit der Ergebnisse der tribologischen Modelluntersuchungen im Gleit- und Wälzkontakt auf die Bauteilbeschichtung und das tribologische Verhalten in Bauteilversuchen die Herausforderung in diesem Forschungsgebiet dar.
Schematische Darstellung der tribologischen Versuche von beschichteten Prüfkörpern in Modellversuchen sowie von Bauteilversuchen an Wälzlagern. Zur besseren Darstellung ist die Beschichtung in gelb dargestellt.