Biomimetische, hochverzweigte, selbsttragende 3D-Textilverstärkungsstrukturen | Förderphase 2
Ziel des Teilprojekts B01 in Förderphase 2 ist es, biologische oder alternativ inspirierte Lastabtragungsmechanismen wesentlich differenzierter als bisher möglich nachzubilden. Dies wird zu einer deutlichen Steigerung der Materialeffizienz bestehender Ingenieurbauwerke führen und die Entwicklung völlig neuer Entwurfsstrategien ermöglichen. Die Bewehrungsstruktur soll mit erhöhter Komplexität unter Berücksichtigung intern aufgelöster Strukturen gestaltet werden. Dies erfordert eine neuartige Fertigungstechnologie zur geometrisch freien, unbeschädigten, verzugsfreien und lastpfadkompatiblen Fadenablage im Raum zur Realisierung selbsttragender textiler 3D-Bewehrungen. Der Schlüssel zu diesen Ansätzen liegt in der Entwicklung einer neuen Methodik auf der Basis eines kooperativen Robotersystems.
Es wird eine Methodik für Trajektorien entwickelt, um die Bewegungen der kooperierenden Roboter effektiv zu steuern. Künstliche Intelligenz wird eine kontinuierliche Überwachung der Garnablage ermöglichen. Die mehrfach verzweigten Bewehrungsstrukturen mit lastpfadangepasster Faserorientierung sollen z. B. in Stützen-Träger-Knotenpunkten sowie in Durchdringungsbereichen von Membranen eingebaut werden können.
Wissenschaftler
01062 Dresden
01062 Dresden
01062 Dresden
Kooperationen
Ehemalige | Former involved
Danny Friese (wissenschaftlicher Mitarbeiter, TU Dresden, 07/2020 – 06/2024)
Biologisch inspirierte lastangepasste 3D-Textilbewehrungsstrukturen | Förderphase 1
Der thematische Fokus des Teilprojektes B01 liegt auf der Auslegung und Modellierung von lastangepassten, profilartigen Textilbewehrungsstrukturen mit räumlicher Verzweigung auf Grundlage von anspruchsvollen Entwicklungsprinzipien der biologischen Evolution. Ausgehend von den erzielten Erkenntnissen sollen modular aufgebaute, werkzeugunabhängige Technologiekonzepte erarbeitet, technisch in einer robotergestützten Fertigungsanlage umgesetzt sowie validiert werden. Die Zielstellung des Forschungsteilprojektes liegt in der Realisierung von räumlich verzweigten 3D-Preforms für die ressourcenschonende, materialminimierte Carbonbetonbauweise, wobei abschließend die textile, filigrane sowie komplex verzweigte 3D-Verstärkungstopologie mittels eines generativen 3D-Druck-Betonfertigungsverfahren weiterverarbeitet wird.
Publikationen | Publications
Dhahir, M. K.; Kalthoff, M.; Neef, T.; Friese, D.; Beckmann, B.; Cherif, Ch. Matschei, T.; Mechtcherine, V.; Marx, S. (2023) Developing the Chemical Prestressing Technology for Textile Carbon Reinforced Concrete in: Ilki, A.; Çavunt, D.; Çavunt, Y. S. [eds.] Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient – Proc. of fib Symposium 2023, 05.–07.06.2023 in Istanbul (Turkey), publ. in: Lecture Notes in Civil Engineering 350, Cham: Springer, p. 1428–1438 – DOI: 10.1007/978-3-031-32511-3_146
Friese, D. (2021) Biologie und Robotik am Bau – Biologisch inspirierte lastangepasste 3D-Textilbewehrungsstrukturen | Biology and robotics in construction – Biologically inspired load-adapted 3D textile reinforcement structures in: CU reports, 2, p. 26/27.
Friese, D.; Cherif, Ch. (2021) Biologically inspired load adapted 3D textile reinforcement structures in: TRENDGUIDE Technical Textiles 64, issue 2, p. E117.
Friese, D.; Hahn, L.; Cherif, Ch. (2021) Biologically inspired load adapted 3D Textile Reinforcement Structures in: Material Science Forum 1063, p. 101–110 – DOI: 10.4028/p-8oa718[Langfassung des Vortrags von Friese, D. bei AUTEX 2021 – 20th World Textile Conference, 05.–09.09.2021 in Guimarães (Portugal, online), p. 187/188 (book of abstracts)].
Friese, D.; Hahn, L.; Cherif, Ch. (2023) Development of a yarn guiding and impregnation technology for robot-assisted fiber manufacturing of 3D textile reinforcement structures in: Proc. of 11th International Conference on Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Composites in Civil Engineering (CICE 2023), 23.–26.07.2023 in Rio de Janeiro (Brazil) – DOI: 10.5281/zenodo.8164096.
Friese, D.; Hahn, L.; Le Xuan, H.; Mersch, J.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C. (2023) Robot-Assisted Manufacturing Technology for 3D Non-Metallic Reinforcement Structures in the Construction Applications in: Buildings 13, issue 11, 2748 – DOI:https://doi.org/10.3390/buildings13112748
Friese, D.; Rjosk, A.; Hahn, L.; Lautenschläger, Th.; Neinhuis, Chr.; Cherif, Ch. (2022) Development of an application-oriented Yarn Impregnation and Fixation Technology for the Robot-supported Manufacturing of Biologically Inspired Load Adapted 3D Textile Reinforcement Structures in: Stokkeland, S.; Braarud, H. C. [eds.] Concrete Innovation for Sustainability – Proc. for the 6th fib International Congress 2022, 12.–16.06.2022 in Oslo (Norway), Oslo: Novus Press, p. 715–725.
Friese, D.; Scheurer, M.; Hahn, L.; Gries, T.; Cherif, Ch. (2022) Textile reinforcement structures for concrete construction applications––a review in: Journal of Composite Materials 56, issue 26, p. 4041–4064 – DOI: 10.1177/00219983221127181
Hahn, L.; Zierold, K.; Golla, A.; Friese, D.; Rittner, S.; Cherif, Ch. (2023) 3D Textiles Based on Warp Knitted Fabrics: A Review in: Materials 16, issue 10, 3680 – DOI: 10.3390/ma16103680
Mersch, J.; Friese, D.; Le Xuan, H. (2025) Toward the Automation of the 3D Robotic Coreless Filament Winding Process for High‐Performance Composite Materials With Multiple Reinforcement Levels in: Applied Research 4, issue 1, e202400145 - DOI: 10.1002/appl.202400145
Scheurer, M.; Friese, D.; Heins, K.; Hahn, L.; Mersch, J.; Cherif, C.; Gries, T. (2024) Novel Textile Reinforcements for Advanced Concrete Production Methods in: Mechtcherine, V.; Signorini, C.; Junger, D. [eds.]: Transforming Construction: Advances in Fiber Reinforced Concrete – Proc. of XI RILEM-fib Int. Symp. on Fiber Reinforced Concrete (BEFIB 2024), 15.–18.09.2024 in Dresden, publ. in RILEM Bookseries, Vol. 54, Cham: Springer Nature Switzerland, p. 778–785 – https://doi.org/10.1007/978-3-031-70145-0_92
Scheurer, M.; Friese, D.; Penzel, P.; Dittel, G.; Bhat, S.; Overhage, V.; Hahn, L.; Heins, K.; Cherif, C.; Gries, T. (2023) Current and future trends in textiles for concrete construction applications in: Textile 3, issue 4, p. 408–437 – https://doi.org/10.3390/textiles3040025
Dissertation | Doctoral thesis
Danny Friese:Entwicklung einer robotergestützten Technologie zur Herstellung von biologisch inspirierten, lastangepassten 3D-Textilbewehrungsstrukturen [Doktorarbeit | doctoral thesis]. TU Dresden, Datum der mündlichen Prüfung | Date of oral examination: 13.06.2024, publiziert | published: 10.10.2024, TUDpress
Vorträge und Poster | Oral presentations and posters
Friese, D. (2024) Robotergestützte Technologie zur Herstellung biologisch inspirierter, lastangepasster 3D-Textilbewehrungsstrukturen oral presentation at: CU Bau Webseminar Wednesday, 24.04.2024 (online)
Friese, D.; Hahn, L.; Cherif, C. (2023) Biologisch inspirierte, belastungsangepasste 3D-Textilbewehrungsstrukturen oral presentation at: CU Innovation Day "Von der Natur inspiriert – Nachhaltiges Bauen mit Faserverbundwerkstoffen", 29.06.2023 (online)
Rjosk, A.; Ritzert, S.; Macek, D.; Friese, D.; Neef, T.; Mechtcherine, V.; Cherif, C.; Reese, S.; Neinhuis, C.; Lautenschläger, T. (2023) A new approach to construction: using peltate leaves as inspiration in the design of novel carbon fibre reinforced concrete building components oral presentation at: 10. Bionik-Kongress, 12./13.05.2023 in Bremen (Proc. in preparation)
Studentische Arbeiten | Student’s works
Ritter, L. (2021) Konstruktiv-technologische Entwicklung eines Konzeptes zur formwerkzeuglosen, geometriegetreuen Garnfixierung im Raum [Forschungspraktikum | Research internship]
Albiez, L. (2022) Experimentelle Identifikation von Prozesseinflussfaktoren bei der robotergestützten 3D-Garndirektablage sowie die Ableitung von festigkeitsoptimierenden Schemata für den Ablageprozess [Bachelorarbeit | Bachelor’s thesis]
Xie, J. (2023) Numerische Betrachtung von Faserkunststoffverbundstrukturen als Basis für die robotergestützte Herstellung von Bewehrungen für Betonbauteile [Forschungspraktikum | Research internship]
Yang, Z. (2023) Technologisch-konstruktive Entwicklung einer robotergeführten Inline-Garntränkungseinheit für die hochproduktive, robotergestützte 3D-Garndirektablage [Diplomarbeit | Diploma thesis]