2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16609Im Rahmen dieses Projektes sollen multifunktionale Komposite konzeptioniert, hergestellt und erprobt werden. Sie entstehen aus Faser-Kunststoff-Verbunden durch Integration von elektronischen Komponenten, die drucktechnisch im Sinne einer additiven Fertigung hergestellt werden. Diese multifunktionalen Komposite können für eine strukturintegrierte Zustandsüberwachung genutzt werden. Für die Herstellung der gedruckten Elektronik werden elektrisch leitfähige Tinten und Pasten auf der Basis von Kohlenstoffnanopartikeln formuliert und im Inkjet- und Siebdruckverfahren auf Faser-Kunststoff-Verbunde aufgebracht. Auf diese Weise entstehen elektronische Komponenten wie Leiterbahnen oder Sensoren, mit Hilfe derer eventuelle Schäden in der Struktur durch Impedanz- oder Kapazitätsmessungen festgestellt werden können. Die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Komponenten werden identifiziert, um die multifunktionalen Komposite entwerfen und um deren mechanisches und elektrisches Verhalten simulieren zu können. Die Integration der gedruckten elektronischen Komponenten in die Faser-Kunststoff-Verbunde erfolgt so, dass eine chemische Anbindung der Leiterbahnen und Sensorstrukturen an den Faserverbund entsteht und die mechanischen Eigenschaften der bedruckten Bauteile sich nicht oder nur unwesentlich von denen unbedruckter Bauteile unterscheiden. Um dies zu verifizieren, sollen die mechanischen Eigenschaften in bedruckten Bereichen lokal ermittelt und von ganzen Komponenten statische und zyklische mechanische Belastungsversuche durchgeführt werden. Schließlich soll am Beispiel eines Demonstrators gezeigt werden, dass mit den im Rahmen des Projektes erarbeiteten Materialkombinationen, Druckprozessen, Sensordesigns und -positionierungen eine Zustandsüberwachung von multifunktionalen Faserverbundmaterialien mit gedruckten, hochgradig strukturintegrierten Sensoren möglich wird.This project aims at the conception, fabrication and testing of multifunctional composites which are produced by integrating electrical components into fiber reinforced composites, making use of additive manufacturing techniques. Multifunctional composites can be used to facilitate structurally integrated health monitoring. To manufacture the printed electronics, electrically conductive inks and pastes based on carbon-nanoparticles are formulated and applied to the fiber reinforced composites by means of screen printing and inkjet printing. In this way, electrical components such as conductive paths and sensors are produced which can be used to detect structural damages through impedance and capacity measurements. The mechanical and electrical properties of the components are identified to design the multifunctional composites and to facilitate the simulation of the components' mechanical and electrical behavior. The integration of the printed electrical components into the fiber reinforced composite is done in a way so that a chemical bonding is created between the conductive paths or sensors and the fiber reinforced composite. The mechanical properties of the resulting printed composites then show no or negligible difference from the mechanical properties of the plain composites. To verify this, mechanical properties of local areas are identified and the entire multifunctional composites are tested in static and cyclic mechanical load tests. At last, a prototype is built to demonstrate that the developed material combinations, printing processes, sensor designs and -positionings facilitate structurally integrated health monitoring of multifunctional composites with printed, highly integrated sensors.