Strukturintegration piezoelektrischer Vielschichtaktoren mittels selektiven Laserschmelzens

Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, die Eignung des selektiven Laserschmelzens (SLM) zur Strukturintegration piezoelektrischer Wandlerelemente in metallische Bauteile zu untersuchen. Als Wandlerelemente werden piezoelektrische Vielschichtaktoren eingesetzt, die in Bezug auf adaptronische Anwendungen wesentliche Vorteile wie geringe Betriebsspannungen, kompakte Bauweise und hohe volumetrische Leistungsdichte bieten. Für das selektive Laserschmelzen wird ein Prozess zur Strukturintegration piezoelektrischer Vielschichtaktoren in metallische Bauteile entwickelt. Aufbauend auf dem Integrationsprozess wird eine Qualifizierungsmethodik erarbeitet. Gegenstand der Qualifizierungsmethodik ist die systematische Untersuchung der durch den SLM-Prozess erzielbaren Eigenschaften im Hinblick auf die Strukturintegration piezoelektrischer Vielschichtaktoren. Es wird nachgewiesen, dass mittels SLM eine anwendungsspezifische Anpassung der Gehäusesteifigkeit und direkte Vorspannung des Vielschichtaktors ohne zusätzliche Elemente möglich ist. Die Untersuchung von Zuverlässigkeitsaspekten ist ebenfalls Gegenstand der Qualifizierungsmethodik. Zur wirtschaftlichen Beurteilung des entwickelten Prozesses wird ein Kostenmodell erarbeitet. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um in Bezug auf den SLM-Prozess Ansätze zur Steigerung der Verfahrensproduktivität zu identifizieren. Abschließend erfolgt die Charakterisierung und Anwendungserprobung mittels SLM strukturintegrierter piezoelektrischer Vielschichtaktoren. Durch den entwickelten additiven Fertigungsprozess ergeben sich u. a. im Kontext der Adaptronik neuartige, über den aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik hinausgehende Möglichkeiten, funktionsintegrierte Strukturbauteile herzustellen.