Hintergrund: Akustische Metamaterialien bilden eine neuartige Klasse gezielt entwickelter Werkstoffe, die es erlauben, Schallwellen auf bisher unerreichte Weise zu beeinflussen. Durch lokale Resonanzen, gezielte Impedanzanpassung sowie subwellenlängige Strukturierung können solche Materialien Schall im Wasser bündeln, umlenken, abschwächen oder breitbandig absorbieren. Diese Eigenschaften sind mit klassischen Polymeren nur eingeschränkt erreichbar. In maritimen Anwendungen wie Unterwasserschallabsorption, Unterwasserroboter oder akustischer Kommunikation wächst daher das Interesse an solchen Materialien, besonders wenn breitbandige Absorption von Schall gefordert wird. Da viele Metamaterialstrukturen geometrisch sehr komplex aufgebaut sind, eröffnet die additive Fertigung mit FDM und Harz 3D Druck neue Möglichkeiten, diese Strukturen erstmals real zu erzeugen und experimentell zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, den aktuellen Stand der Forschung systematisch aufzubereiten und daraus abzuleiten, welche Metamaterialarchitekturen sich prinzipiell fertigen lassen und welche Materialsysteme sich dafür eignen. Im Mittelpunkt stehen unter anderem Hohlraumstrukturen, lokal resonante Einschlüsse, phononische periodische Anordnungen und nanokomposite Absorbersysteme, die im Hinblick auf Druckbarkeit, geometrische Auflösung, Materialeigenschaften und mechanische Belastbarkeit bewertet werden sollen. Auf Grundlage dieser Analyse gilt es, erkennbar zu machen, welche Konzepte sich besonders gut für den 3D-Druck eignen und wo technische Grenzen sowie Entwicklungspotenziale bestehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, ausgewählte Strukturen eigenständig zu konstruieren und anschließend am Lehrstuhl mit FDM- und Harz-3D-Druckern herzustellen und als Demonstrator zu evaluieren. Das Ergebnis der Arbeit ist eine wissenschaftlich fundierte und klar strukturierte Wissensbasis, die sowohl für zukünftige Prototypenentwicklungen als auch für experimentelle Validierungen genutzt werden kann.
Aufgaben:
- systematische Recherche aktueller wissenschaftlicher Arbeiten zu akustischen Metamaterialien im Wasser
- Identifikation und Vergleich von Strukturprinzipien wie Hohlkammern, resonanten Einschlüssen, phononischen Gittern und Nanokompositen
- Bewertung der Druckbarkeit dieser Konzepte im Hinblick auf FDM und Harz-3D-Druck
- Aufbau eines strukturierten Literaturverzeichnisses und einer geordneten Quellenübersicht
- Konstruktion eigener Metamaterialstrukturen und Fertigung von Demonstratoren am Lehrstuhl
Anforderungen:
- Studium im Bereich Ingenieurwissenschaften, Materialwissenschaften, Physik oder vergleichbar
- Interesse an Akustik, Wellenausbreitung und neuartigen Materialkonzepten
- strukturierter Arbeitsstil und sorgfältige Dokumentation
- Grundkenntnisse in CAD und 3D-Druck vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich
- Fähigkeit, Ergebnisse klar aufzubereiten und verständlich zu präsentieren
Startdatum: Ab sofort
Supervisors:
Dominik Grützner
Research associates