Polymorphe Unschärfemodellierung eines 3D Druckprozesses von Beton

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Luise Göbel; Professor Dr.-Ing. Carsten Könke; Professor Dr. Tom Lahmer
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428466917

In den letzten Dekaden hat die Digitalisierung wesentlichen Einzug in die Fertigungsindustrie gehalten. Sie wurde dabei in verschiedene Prozesse eingebunden, von Design über die Planung bis hin zur Überwachung und Unterhaltung der Strukturen im Betrieb.Die gesteigerte Automatisierung und Rationalisierung hilft, Kosten zu sparen und Arbeitsbedingungen sicherer zu gestalten. Im Vergleich zu konventionellen Fertigungstechniken, die i.d.R. subtraktiv sind, erlauben additive Fertigungsverfahren einen designgesteuerten Fertigungsprozess. So können Strukturen mit einer hohen geometrischen Komplexität sowie Freiheit in Form und Funktionalität produziert werden.Es ist derzeit das Ziel verschiedenster Forschungsprojekte, geeignete 3D-Druckverfahren zu entwickeln, zu optimieren und für den Gebrauch in der Praxis verfügbar zu machen. Somit können Strukturen mit wohl-definierten Eigenschaften und zuverlässigem Verhalten unter verschiedenen Lasten entstehen.Für eine Vielzahl von Materialien und Drucktechniken ist es üblich, dass Unschärfen den Herstellungsprozess dominieren. So kann zum Beispiel bei einem 3D-Extrusionsprozess von Beton die Viskosität des frischen Betons stochastisch variieren, welches Einflüsse auf Geometrie, Verfestigung und die finalen Eigenschaften der Struktur hat.Daher sollte anerkannt werden, dass Parameter in einem 3D-Druckprozess im Allgemeinen zufällig variieren, wobei zeitliche Autokorrelationen der Parameter vorliegen können. Der Grad der Korrelation ist jedoch nicht vollständig bekannt, welches die Nutzung von Fuzzy-Zufallszahlen motiviert, um aleatorische und epistemische Unsicherheiten simultan abzubilden. Des Weiteren mögen verschiedene an dem Prozess beteiligte Parameter kreuzkorreliert sein. Auch hier kann erneut der Grad der Korrelation nicht vollständig definiert werden, was die Anwendung von Fuzzy-Zufallszahlen erfordert.Zusammenfassend beinhaltet das Projekt erstmalig eine polymorphe Unschärfebeschreibung eines 3D-Druckprozesses von Beton basierend auf einer transienten Finite-Elemente-Modellierung , bei der auto- und kreuzkorrelierte Zufallsprozesse in kreuzkorrelierte Zufallsfelder konvertiert werden, die den örtlich und zufällig streuenden Kennwerten der gefertigten Struktur entsprechen.Mit einer präzisen Unschärfemodellierung kann die Zuverlässigkeit während des Prozesses abgeschätzt werden, wobei verschiedene Versagenskriterien betrachtet werden (Überschreitung von Festigkeiten, geometrische Anforderungen, Ausbeulen, und Bindevermögen zwischen gefertigten Schichten).Schlussendlich kann das Modell genutzt werden, um einen 3D Prozess unter konsequenter Berücksichtigung aller Unschärfequellen optimal zu steuern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1886: Polymorphe Unschärfemodellierungen für den numerischen Entwurf von Strukturen