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Es erfolgte eine Aktualisierung der Patent- und Literaturrecherche, um neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in die Projektbearbeitung mit einzubeziehen. Unter Mithilfe des PA wurde zudem ein Anforderungskatalog erarbeitet, in welchem alle notwendigen/geforderten Eigenschaften der zu fertigenden Akustikabsorber festgelegt wurden.

Es wurde ein Simulationsansatz gewählt, der es ermöglicht, das Schallabsorptionsvermögen von Absorber aus unterschiedlichen nachwachsenden Rohstoffen mit beliebigen inneren Strukturen zu simulieren. In ein optimiertes Finite-Elemente-Modell wurde ein spezielles Materialmodell zur Abbildung der Absorptionseigenschaften des Verbundmaterials integriert. Mit diesem Materialmodell lässt sich der Strukturwerkstoff als äquivalentes akustisches Material (Freiheitsgrad Schalldruck) abbilden. Diese Simulationsbasis wurde genutzt, um innerer Absorbergeometrien gezielt auszulegen, um das Verhalten des Absorbers selektiv für verschiedene Frequenzbereiche zu optimieren. Das Modell wurde durch die Messung des Schallabsorptionsgrades von, mittels Binder Jetting hergestellter Proben während der Projektlaufzeit kontinuierlich optimiert und validiert. 

Es musste zunächst eine Auswahl von potenziellen Ausgangsmaterialien getroffen und analysiert werden. Im Laufe des Projekts wurden dabei vier Materialien gefunden, welche sich für den Binder Jetting Prozess eignen und absehbar auch in absehbarer Menge als Reststoff verfügbar sind.: Miscanthus, Buchenholz, Birkenholz und SpreuStroh.

Diese vier Materialien sind als Pulverförmiger Reststoff aus der Industrie verfügbar. Für diese ausgewählten Materialien wurden verschiedene Aufbereitungstechniken (Sieben, Mischen) eingesetzt. Die Verwendung der einzelnen Techniken ist dabei abhängig von den Ausgangseigenschaften (v. a. der Fließfähigkeit und der Partikelgröße) der zur Anwendung kommenden Materialien. Es wurden explizit nur Materialien ausgewählt, welche keine energieaufwendige zusätzliche Zerkleinerung benötigen. Die für die Verarbeitbarkeit mit der verfügbaren Binder Jetting Anlage notwendige Erhöhung des Feinanteils wurde durch Zumischen von Miscanthus-Staub bzw. im Fall von SpreuStroh auch SpreuStroh-Staub erreicht. Je nach Material konnte mit einem Staubanteil von 10 % bis 50 % ein verarbeitbares Pulver generiert werden.

Die Pulver wurden sowohl als Reinmaterial sowie in den verschiedenen verarbeiteten Mischungsverhältnissen hinsichtlich der Partikelgrößenverteilung, Partikelform sowie der Schütt- und Klopfdichte und der daraus resultierenden Hausnerzahl, als Kennzahl für die Fließfähigkeit, analysiert.

Als Bindemittel wurden verschiedene Gelatine untersucht, welche als Flüssigbinder im Prozess eingesetzt werden sollten. Es wurden mehrere Gelatinelösungen entwickelt, welche hinsichtlich der erreichten Flüssigkeitseigenschaften mit dem in der BJT Anlage verfügbaren Druckkopf kompatibel wären. In einem Modellaufbei mit einer vergleichbaren Einzeldüse zur Tropfenerzeugung wurde jedoch festgestellt, dass diese Lösungen trotz beheiztem System zu Verstopfungen in den feinen Flüssigkeitskanälen von Druckköpfen führen würde. 

Aus diesem Grund wurde ein alternatives Bindersystem entwickelt. Ein Gelatinehydrolysat, welches auch mit kaltem Wasser löslich ist, wird als pulverförmiger Feststoffbinder den Reststoffen beigemischt. Durch eine Wasserhaltige Druckflüssigkeit kann diese gelöst werden und bei der anschließenden Trocknung des Bauteils zu dessen Verfestigung sorgen.

Für die ausgewählten Materialien wurden Druckfähige Parameter ermittelt. Neben der ausgetragenen Bindermenge und Schichtstärke wurde dabei vor allem die Schüttguteigenschaften der Pulver auf die Maschine angepasst. Dies wurde durch die Optimierung des Verhältnisses von feinsten Partikeln (Staub) ³Ô¹ÏÍø Basispulver erreicht. Es wurde festgestellt, dass so die verschiedenen defekte beim Schichtauftrag, wie Layer-Shift oder Risse, reduziert werden können.

Es wurden zunächst verschiedene Methoden zur Abscheidung von Schutzschichten aus siliziumorganischen Prekursoren untersucht. Dies konnte jedoch Prozessbedingt nicht ohne Schädigung der Oberfläche durchgeführt werden. Alternativ wurde eine Beschichtung der Probekörper durch Besprühen oder Tauchen in Gelatinehydrolysatlösung untersucht. Dieses Verfahren sollte zunächst nicht verwendet werden, da ein Zusetzen der porösen Struktur der Bauteiloberfläche befürchtet wurde. Dies konnte jedoch nicht beobachtet werden, sodass die beschichteten Proben sogar besser Schallabsorptionseigenschaften aufwiesen als unbeschichtete Proben. 

Es wurde zudem ein weiteres Verfahren entwickelt um die Bauteileigenschaften zu verbessern. Die Lagerung fertiger Bauteile in gesättigter Dampfathmosphäre mit einer anschließenden Trocknung. Dies ist förderlich für die Mechanischen und akustischen Eigenschaften der Bauteile.

Aus den gewählten und optimierten Materialien wurden Probekörper zur Messung des Schallabsorptionsgrade gefertigt. Zudem wurden mittels Simulation ausgelegte Resonatorstrukturen gedruckt und analysiert um die Simulationsmodelle zu optimieren und validieren. Dabei wurde festgestellt, dass besonders im Bereich tiefer Frequenzen unter 800 Hz bessere Schallabsorptionseigenschaften bestehen, als bei einem häufig verwendeten kommerziellen Material, wenn von einer gleichen Materialstärke ausgegangen wird. Die Schallabsorptionseigenschaften können dann durch das Einbringen einer Resonator Struktur weiter verbessert werden.

Die mechanische Charakterisierung der Bauteile erfolgte über Biege und Abriebtests. Zudem erfolgten Analysen des Brandverhaltens und der Mikrobiellen Resistenz. [M1] 

 [M1]Veröffentlichung von Ergebnissen müsste vermutlich mit Filk und IWU abgesprochen werden. Der Abschlussbericht ist noch final und öffentlich, wenn das so ist, könnte der genutzt werden um Festigkeitsdiagramme etc. mit Quelle einzufügen.