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17.07.2019

Additive Fertigung von integrierten Aktoren und Sensoren.

Großes Potential für eine Funktionsintegration durch additive Fertigung bei mechatronischen Systeme

Darmstadt - Mit Hilfe der additiven Fertigung kann die Anzahl der Komponenten komplexer, individualisierter Baugruppen stark reduziert werden, und viele Funktionen lassen sich direkt in ein Bauteil integrierten. So kann der Herstellungsprozess vereinfacht und der notwendige Bauraum reduziert werden. Um diese Vorteile auch für mechatronische Systeme zu nutzen, forschen Wissenschaftler im Fraunhofer LBF an der additiven Fertigung von integrierten Aktoren und Sensoren. Diese können in Leichtbaustrukturen zur Minderung störender oder schädigender Vibrationen sowie zur Strukturüberwachung genutzt werden.

Für die additive Herstellung prototypischer mechatronischer Systeme sind gleich mehrere Materialien notwendig, um auf das Einlegen oder Verkleben zugekaufter Aktorik und Sensorik soweit wie möglich verzichten zu können. Besonders geeignet dafür sind Fused Filament Fabrication (FFF)-Drucker. Sie zeichnen sich durch geringe Investionskosten aus und bieten eine hohe Flexibilität bei der Wahl der zu verarbeitenden Materialien. Mit einem Drucker im Fraunhofer LBF können dank mehrerer unterschiedlicher Druckköpfe sowohl Kunststoff-Filamente als auch Pasten gedruckt werden, die zusätzlich unter UV-Licht ausgehärtet werden können. Neben Standardthermoplasten wie ABS oder PP können auch Funktionsmaterialien genutzt werden, beispielsweise elektrisch leitfähige oder weichmagnetische Materialien oder auch Formgedächtnispolymere.

Integration von Aktoren zur Schwingungsbeeinflussung

Innerhalb des Projekts Open Adaptronik wurde ein Tauchspulenaktor konstruiert und mit dem FFF-Drucker hergestellt. Der Aktor wurde für die mehraxiale Schwingungsminderung an der Kamera eines Quadrokopters ausgelegt. Neben ABS für den Spulenträger mit integrierter Feder wurde ein ferromagnetisches Filament zur Führung des magnetischen Flusses im Aktorgehäuse verwendet. Der notwendige Magnet wurde während des Druckprozesses eingelegt und in das Gehäuse eingedruckt. Die Messungen am fertigen Aktor haben gezeigt, dass mit dem additiv hergestellten Aktor vergleichbar große Kräfte erzeugt werden können, wie mit kommerziell erhältlichen Aktoren gleicher Abmessung. Das Material weist zwar eine geringe magnetische Permeabilität auf, aber der Bauraum kann optimal gestaltet werden.

Integration von Sensoren zur Strukturzustandsüberwachung
Außerdem wurde die Möglichkeit untersucht, mit Hilfe der additiven Fertigung sensorische Funktionen in Bauteile zu integrieren. Ziel war die Strukturzustandsüberwachung in autonomen Fluggeräten. Hierfür wurden verschiedene elektrisch leitfähige Kunststofffilamente untersucht und verglichen. Im Anschluss konnten prototypisch resistiv wirkende Dehnungsmessstreifen und kapazitiv wirkende Kraft- bzw. Beschleunigungssensoren additiv gefertigt werden. Durch neue Materialien mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit soll die Empfindlichkeit der Sensoren in zukünftigen Anwendungen weiter verbessert werden.

 

Quelle:

Pressemitteilung Fraunhofer LBF

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