2026-02-052026-02-05https://hdl.handle.net/11420/61379Für Strukturen mit komplexer Faserarchitektur ist insbesondere die Übertragung einer Faserverbundkonstruktion in die Pfadplanung eines additiven Fertigungsverfahrens bisher ein weitestgehend manueller Prozess. So liegt beispielsweise das Ergebnis der Optimierung einer Faserverbundstruktur in Form eines Vektorfeldes lokaler Materialorientierungen vor. Mittels manueller Pfadplanung wird dann versucht ein Bauteil umzusetzen, dass diesem Entwurf nahekommt. Es gibt heute keinen Ansatz, um additiv gefertigte Verbundbauteile aus Endlosfasern so zu optimieren, dass ein fertigbarer Entwurf entsteht und gleichzeitig sein volles Leichtbaupotential ausgenutzt wird. Die Schwachstelle ist dabei der Übergang zwischen strukturmechanischem Modell, Pfadplanung und dem Fertigungsprozess, weshalb eine durchgängige Entwurfskette nur in enger Kooperation zwischen Strukturoptimierung und Fertigungstechnik entwickelt werden kann. Übergeordnetes Ziel des vorliegenden Antrags ist daher die Entwicklung eines durchgängigen Prozesses zur modellinformierten Pfadplanung und strukturellen Optimierung von additiv gefertigten Faserverbundbauteilen. Dabei soll die Pfadplanung prozessinduzierte Fehlerquellen durch Simulation, Regelung und Modellierung der nichtplanaren Fertigung und der Faser-Matrix Kombination antizipieren und ausgleichen. Außerdem sollen die entwurfsabhängige, lokale Festigkeit sowie Fertigungsrestriktionen in der Optimierung berücksichtigt werden. Dafür wird eine Methode zur fehlerkompensierenden Pfadplanung mit modellbasierten Prozessparametern entwickelt und ein Fused Filament Fabrication Prozess für die nichtplanare additive Fertigung von Faserkunststoffverbunden darauf angepasst. Diese so bestimmten Pfade sind Eingang für eine zu entwickelnde Methode zur Strukturoptimierung von Faserpfaden unter Beibehaltung der Fertigbarkeit und Berücksichtigung entwurfsabhängiger Festigkeiten und Steifigkeiten. Dieser Gesamtprozesses soll durch Fertigungsversuche und strukturmechanische Tests validiert werden.For structures with complex fiber architecture, the transfer of a fiber composite design into the path planning of an additive manufacturing process in particular has been a mostly manual process to date. For example, the result of optimizing a fiber composite structure is available in the form of a vector field of local material orientations. Manual path planning is then used to implement a component that comes close to this design. Today, there is no approach for optimizing additively manufactured composite components made of continuous fibers in such a way that a manufacturable design is created and at the same time its full lightweight potential is exploited. The weak point here is the transition between the structural-mechanical model, path planning and the manufacturing process, which is why a continuous design chain can only be developed in close cooperation between structural optimization and manufacturing technology. The overarching aim of this application is therefore to develop a continuous process for model-informed path planning and structural optimization of additively manufactured fibre composite components. The path planning should anticipate and compensate for process-induced sources of error through simulation, control and modeling of the non-planar production and the fiber-matrix combination. In addition, the design-dependent, local strength and manufacturing restrictions are to be taken into account in the optimization. To this end, a method for error-compensating path planning with model-based process parameters is being developed and a fused filament fabrication process for the non-planar additive manufacturing of fiber-reinforced plastic composites is adapted to it. The paths determined in this way are the input for a method to be developed for the structural optimization of fiber paths while maintaining manufacturability and taking into account design-dependent strengths and stiffnesses. This overall process is to be validated by production trials and structural-mechanical tests.