Robustes Design additiv gefertigter akustisch wirksamer Strukturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Sabine C. Langer; Professor Dr.-Ing. Thomas Vietor
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 508318707

Additive Fertigungsverfahren, wie die Materialextrusion, eröffnen infolge des Verfahrensprinzips des schichtweisen Materialauftrags gegenüber Werkzeugbasierten oder subtraktiven Fertigungsverfahren neue Freiheiten in der Bauteilgestaltung. Diese erlauben bspw. eine Kombination unterschiedlicher Materialien innerhalb eines Bauteils sowie die Herstellung von hinterschnittigen Strukturen wie Gitter ohne zusätzliche Montage- und Fügeprozesse oder Nachbearbeitungsschritte. Hierdurch eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Herstellung und Integration akustisch wirksamer Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften zur Reduzierung von Körper- und Luftschall.Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Methodik zur robusten Gestaltung von Akustischen Schwarzen Löchern und porösen Absorbern. Die enge Verzahnung der Disziplinen der Akustik sowie der Konstruktionstechnik und additiven Fertigung bildet hierbei die Grundlage für die Aufklärung von Wirkketten – auch Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen – zwischen den akustischen Zielgrößen, den Bauteileigenschaften sowie der Prozessparameter- und der Geometriefestlegung. Eine systematische und robuste Auslegung von Strukturen mit definierten akustischen Zielgrößen ist derzeit noch durch ein fehlendes Detailverständnis in Bezug auf die inhärenten Sensitivitäten zwischen der Prozessparameterwahl sowie der Geometriefestlegung und den resultierenden akustisch relevanten Bauteileigenschaften begrenzt.Um dieses Ziel zu erreichen, werden in diesem Forschungsvorhaben einerseits die Abhängigkeiten zwischen Bauteileigenschaften und akustischen Zielgrößen zur gezielten Einstellung der akustischen Funktion für die beiden Anwendungsfälle Akustische Schwarze Löcher und poröse Absorber erforscht. Andererseits werden die prozessseitigen Einflussfaktoren auf die resultierenden Bauteileigenschaften und Ausprägung der Geometriemerkmale systematisch erfasst. Die mittels numerischer und experimenteller Untersuchungen ermittelten Wirkkettenzusammenhänge bilden die Grundlage für ein robustes Design akustischer Strukturen mittels Materialextrusion. Das Ziel stellt die Identifikation von sensitiven und robusten Wirkketten dar, um eine gezielte Einstellung der resultierenden Bauteileigenschaften und somit der Funktion mit einer geringen Unsicherheit zu erreichen. Zur Nutzbarmachung dieses Potenzials werden die gewonnenen Erkenntnisse in eine Methodik und Gestaltungsregeln überführt. Die Validierung der Methodik sowie die Evaluierung des Potenzials additiver Fertigungsverfahren zur robusten Herstellung Akustischer Schwarzer Löcher und poröser Absorber mit definierten Eigenschaften erfolgt abschließend durch die Fertigung von Demonstratoren für die beiden Anwendungsfälle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen