3D Drucker für Rapid-Prototyping-Anwendungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Dieses Gerät unterstützt den Aufbau von Testvorrichtungen, Funktionsmustern und Prototypenbau der Forschungsschwerpunkte Formgedächtnislegierungen und dielektrische elektroaktive Polymere. Durch die Integration des Lehrstuhls in das Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik in Saarbrücken konnte auf der Grundlage dieses Gerät eine enge Kooperation der einzelnen Forschergruppen im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes SPP1599 entstehen sowie darüber hinaus auch Industriekooperationen unterstützt werden. Für das Forschungsgebiet der Formgedächtnisaktorik konnten mit Hilfe dieses 3D-Druckers Versuchsaufbauten zur genauen Charakterisierung dieses Aktormaterials aufgebaut werden, die als Grundlage zur Beschreibung von Materialmodellen dienen. Diese Messaufbauten werden stetig erweitert und dienen als Grundlage zur Beschreibung der Materialmodelle, die in den von der DFG geförderten Schwerpunktprojekten SE704/2-1 und SE704/2-2 untersucht werden. In der anwendungsnahen Forschung konnten die Wissenschaftler Funktionsmuster erstellen und somit auch die Anerkennung dieser Technologie im industriellen, anwendungsnahen Umfeld steigern. Durch Demonstratoren anwendungsnaher, innovativer Konzepte konnte das Deutsche FGL Netzwerk (www.fglnetzwerk.de) auf Messen wie Hannover Messe und Motek unterstützt werden. In dem, aus EU-geförderten, Projekten „Innovative Produktionstechnologien für die Fertigung und Montage von Großbauteilen (IProGro 1+2)“ konnte mit Hilfe dieses 3D Druckers ein innovatives, anpassbares Greifersystem auf Basis von Formgedächtnislegierungen entwickelt werden. Dieser besteht aus vier aktiven Gelenkarmen, die sich einem Werkstück aktiv anpassen können und somit in Bezug auf Industrie 4.0 eine flexible Produktion von Werkstücken ab Loszahl 1 unterstützen können. Des Weiteren ist in diesem Projekt ein aktiver Sauggreifer entstanden, der durch die Aktivierung eines Formgedächtnisdrahtes eine Membran verformt und somit zwischen der Membran und dem Werkstück ein Vakuum entstehen lässt. Werkstücke können so gegriffen und bewegt werden. Der komplette Sauggreifer, inklusiver der flexiblen Membran, wurden mit dem 3D Drucker hergestellt. Für diese Entwicklung hat der Industriepartner den ersten Preis eines Innovationswettbewerbes im Rahmen der Motek 2014 vergeben. Für das Forschungsgebiet der dielektrischen elektroaktiven Polymeraktorik (DEAP) wurde der 3D Drucker ebenfalls eingesetzt, um geeignete Versuchsaufbauten zur Charakterisierung des Aktormaterials aufzubauen. Ebenfalls entstehen hieraus geeignete Materialmodelle, die wiederum in die Entwicklung und Untersuchung von Aktor-/Sensorsystemen münden. Die DEAP Membrantechnologie beruht darauf, dass eine flexible Silikonfolie, die beidseitig mit Elektroden bedruckt ist, in eine feste Struktur eingespannt wird. Wird nun eine elektrische Spannung an die beiden Elektroden angelegt, wollen diese sich, auf Grund der elektrostatischen Kräfte, anziehen und verdrängen dabei die Folie in die Ebene. Eine Kernaufgabe ist es, die Folie geeignet einzuspannen und einen Vorspannmechanismus auszulegen. Beides kann in 3D- Drucktechnologie erfolgen und untersucht werden. Eine Vielzahl an Aktorsystemen ist hieraus entstanden und wurde ebenfalls auf Messen und Kongressen ausgestellt. So konnte die Anerkennung dieser neuen Technologie gesteigert werden. Dadurch konnte eine Vielzahl an Industriekontakten für diese Technologie erreicht werden. Einer der Industriepartner sponsert eine Doktorandenstelle über drei Jahre, in der der industrielle Einsatz dieser Technologie im Produktumfeld der Firma untersucht wird. Für diese Arbeit ist die Nutzung des 3D Drucker eine enorme, zeitsparende Unterstützung und somit ein wichtiger Teil zum Erfolg dieses Projektes. Darüber hinaus ist ein BMBF Großprojekt in der Ausschreibung „Additive Fertigung“ beantragt, für die dieser Drucker essentiell sein wird. Hier sollen mehrere Industriepartner, aber auch Forschungseinrichtungen wie die TU Darmstadt zusammen arbeiten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Design and fabrication of a bat-inspired flapping-flight platform using shape memory alloy muscles and joints. Smart Materials and Structures, Volume 22, Number 1
Stephen J Furst, George Bunget, Stefan Seelecke
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Experimental Investigation of a Loaded Circular Dielectric Electro-Active Polymer Actuator Coupled to Negative-Rate Bias Spring Mechanism. Conference: ASME 2012 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
M. Hodgins, A. York, S. Seelecke
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Design, Fabrication, and Control of Embedded Multi-Functional SMA Applications. Dissertationsschrift
S. Furst
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Systematic approach to development of pressure sensors using dielectric electroactive polymer membranes. Smart Materials and Structures, Volume 22, Number 9
A York, J Dunn and S Seelecke
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Ein bio-inspirierter 3-Finger-Greifer mit Formgedächtnisaktorik. Erste transdisziplinäre Konferenz zum Thema “Technische Unterstützungssysteme, die die Menschen wirklich wollen”. Dezember 2014 Hamburg. Institut für Konstruktions- und Fertigungstechnik, LaFT Helmut-Schmidt-Universität Hamburg 2014. S.420-426 ISBN: 978-3-86818-073-2
F. Simone, P. Motzki, B.Holz, S. Seelecke
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Modeling, Identification, and Control of a Dielectric Electro-Active Polymer Positioning System Control Systems Technology, IEEE Transactions on (Volume:23 , Issue: 2)
G. Rizello, D. Naso, A. York, S. Seelecke
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Rapid Prototyping and Characterization of Circular Dielectric Electro-Active Polymers (DEAP) With Different Geometries, ASME 2014 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, Volume 2
S. Hau, A. York, S. Seelecke
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Adaptive and energy efficient SMA-based handling systems. Proc. SPIE 9431, Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems 2015, 943116 (April 2, 2015)
P. Motzki ; J. Kunze ; B. Holz ; A. York ; S. Seelecke
