Sensorintegration und aktive Dämpfung
Die Digitalisierung hält in allen Bereichen und Branchen Einzug. Der erste Schritt, um Daten und Digitalisierung zu nutzen, ist die Integration von Sensoren. Mit dem Pulverbettschmelzen für Metalle (PBF-LB/M) ist die Herstellung von intelligenten und digitalisierten Bauteilen durch die Ausnutzung der schichtweisen Fertigungstechnik möglich. Während des Aufbaus des physischen 3-dimensionalen Teils kann jede Schicht über eine Prozessunterbrechung erreicht werden, um Sensoren in das Metallteil zu platzieren.
Abb. 1: Wasserstoffventil mit Sensorintegration
Wir forschen an der Integration von Sensoren während, aber auch nach dem PBF-LB/M-Prozess. Bei der Integration von Sensoren in additiv gefertigte Teile gibt es mehrere Herausforderungen, die angegangen werden müssen, um die Integrität des integrierten Sensors zu gewährleisten. Übermäßiger Wärmestau, hohe Spitzentemperaturen in Oberflächennähe und Pulverkontamination sind die dringendsten Herausforderungen. Durch das Design von maßgeschneiderten Kavitäten und Verkapselungen konnten mehrere Sensoren erfolgreich integriert werden. Temperatur-, Hall-, Wirbelstrom- und Faser-Bragg-Sensoren wurden in Demonstrator- und Industrieteile integriert. Eine Kombination aus Temperatur- und Hallsensor wurde in ein Wasserstoffventil von NovaSwiss integriert, um die Zustandsüberwachung der Ventile für Wasserstofftankstellen zu ermöglichen. Zudem konnte der Bauraum und das Gewicht des Ventils durch Designoptimierung drastisch reduziert werden und komplexe Strömungskanäle sind auf herkömmliche Weise nicht herstellbar.
Abb. 2: Kamerahalterung mit integriertem Piezoelement
Mit einer neu entwickelten Integrationstechnik ist es uns auch gelungen, piezoelektrische Stacks in eine Kamerahalterung für die Luft- und Raumfahrt zu integrieren, was die Dämpfung von Struktureigenfrequenzen ermöglicht. Die Vorspannung und strukturelle Verbindung des Stapels wurde mit additiv hergestelltem NiTi und unter Verwendung von Formrückgewinnung realisiert, um den Stapel bis zu 600 N vorzuspannen, was der Spezifikation des Lieferanten entspricht. Zusätzlich ermöglicht ein elektrischer Vorspannungskreis die Messung der Vorspannung.