Multifunktionale Komposite - Gedruckte Elektronik zur strukturintegrierten Zustandsüberwachung von Faser-Kunststoff-Verbunden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bodo Fiedler; Dr. Taha Genco; Professor Dr.-Ing. Holger Göbel; Professor Dr.-Ing. Rolf Lammering
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 393868053

Im 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.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen