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Daniel Kehret

• 4D-Druck bezeichnet das Verfahren der Herstellung von Bauteilen, die als Reaktion auf äußere Reize ihre Struktur verändern. Diese Reaktion wird als Ausgangssignal als Folge auf ein Eingangssignal betrachtet. Ein mögliches Eingangssignal ist ein Magnetfeld mit einer bestimmten Orientierung und einem bestimmten Betrag. Ein solches Verhalten zeigen magnetresponsive Werkstoffe. Auf diese Weise lassen4D-Druck bezeichnet das Verfahren der Herstellung von Bauteilen, die als Reaktion auf äußere Reize ihre Struktur verändern. Diese Reaktion wird als Ausgangssignal als Folge auf ein Eingangssignal betrachtet. Ein mögliches Eingangssignal ist ein Magnetfeld mit einer bestimmten Orientierung und einem bestimmten Betrag. Ein solches Verhalten zeigen magnetresponsive Werkstoffe. Auf diese Weise lassen sich Handhabungsaufgaben, wie das Greifen von Objekten, lösen. Die Neuheit daran ist der Verzicht auf konventionelle Antriebe wie elektromechanische oder hydraulische Motoren. Diese Arbeit erschließt das nötige Hintergrundwissen zu Magnetismus und soft robots. Der experimentelle Teil befasst sich mit der Herstellung eines magnetresponsiven Werkstoffes und der Entwicklung eines soft grippers. Es werden die 3D-Druckverfahren FDM und PAM mit magnetresponsivem Material verglichen. Ersteres ermöglicht ein Verarbeiten von Filament und letzteres von Granulat. Es zeigt sich, dass sich die Resultate in Hinblick auf Maßtreue und Elastizität unterscheiden, wobei das FDM-Verfahren besser abschneidet. Die strukturierte Formgebung eines Greifers (soft gripper) wird erforscht. Dabei wird die Herstellbarkeit und die Bionik des Greifens vereint. Die externe Manipulierbarkeit ermöglicht einen Einsatz von soft grippern in kleinen Anwendungsgebieten wie minimal-invasiven Operationen mit einer Steuerung des Werkzeuges von außen. Weiter wird ein Vorgehen zur Programmierung und Aktivierung der 4D-Druckteile entwickelt und vorgeschlagen. Dabei wird das Programmieren mittels zweier Permanentmagnete und das Aktivieren über eine Helmholtzspule realisiert. Die Helmholtzspule erzeugt ein homogenes steuerbares Magnetfeld. Eine Verfahren zur analytischen Berechnung des benötigten magnetischen Feldes zur Aktivierung wird entwickelt und im letzten Kapitel vorgestellt.…