In den vergangenen Jahren hat sich die Generative Fertigung (AM) in verschiedensten Industriezweigen zur Erleichterung von Entwicklungsprozessen etabliert. Schließlich ermöglicht AM die Bereitstellung von Bauteilen hoher Qualität innerhalb kürzester Zeit. Damit ist es möglich, geometrische Absicherungen frühzeitig im Entwicklungsprozess zu ermöglichen und Ideen zu visualisieren. In der Absicherung des Fahrzeuginnenraums werden Bauteile diversen Versuchen unterworfen, um die hohe Qualität der Bauteile sicherzustellen. In der Fahrzeugentwicklung können diese funktionalen Absicherungsversuche erst relativ spät im Entwicklungsprozess begonnen werden, wenn die für die Erstellung von Serienbauteilen nötigen Spritzgusswerkzeuge verfügbar sind. Daher wäre es von Vorteil, wenn es möglich wäre, AM-Bauteile diesen Bauteiltests bereits in einer frühen Entwicklungsphase zu unterziehen, um auf Basis von deren Verhalten auf das Verhalten der Serienbauteile schließen zu können. Voraussetzung hierfür sind natürlich ähnliche Eigenschaften von AM- und Serienbauteilen. Da es auf dem Markt auch formgebundene Rapid Manufacturing Technologien (MBRM) gibt, mit denen es möglich ist, qualitativ hochwertige Prototypen binnen kurzer Zeit auf ökonomische Art und Weise herzustellen, werden in dieser Arbeit auch solche Rapid Manufacturing Technologien betrachtet, die auf einfachen Gussformen basieren, wie z.B. Vakuumguss und Reaction Injection Moulding. Zunächst wurde ein Materialvergleich von Serienmaterialien und AM-/ MBRM-Materialien durchgeführt. Dieser Vergleich zeigte, dass es AM-/ MBRM-Materialien gibt, die Serienmaterialien hinsichtlich bestimmter Eigenschaften sehr gut abbilden. Beispielsweise gibt es diverse AM-/ MBRM-Materialien, die den Serienmaterialien ähnliche Elastizitätsmoduln und Zugfestigkeiten bei Nieder- und Raumtemperatur aufweisen. Konträr hierzu, gibt es aber auch Materialeigenschaften, in denen AM-/ MBRM-Materialien die Serienmaterialien kaum widerspiegeln, z.B. Schlagzähigkeit und Hochtemperaturverhalten. Auf diesen Erkenntnissen basierend entstand die Idee, Materialeigenschaften durch voxel-basiertes 3D-Drucken einzustellen. Da der Polyjet-Prozess imstande ist zwei Materialien unterschiedlicher Steifigkeiten mit hoher Auflösung zu verarbeiten, wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht, inwieweit Materialeigenschaften maßgeschneidert werden können, indem Voxel zweier Materialien unterschiedlicher Steifigkeit gemäß einer bestimmten Mikroarchitektur angeordnet werden. Durch die Anordnung von Voxeln eines steifen, harten Materials (in diesem Falle VeroWhite Plus) und Voxeln eines weichen, elastomerartigen Materials (TangoBlack Plus) gemäß eines Schachbrettmusters konnte die Charpy-Schlagzähigkeit gesteigert werden. Die Schlagzähigkeit solcher Bimaterial-Voxelverbund-Proben (80 kJ/m2 - 90 kJ/m2) lag um das 8-Fache höher als die von Proben aus nur einem Material, bestehend aus reinem VeroWhite Plus (10,9 kJ/m2). Im Vergleich zu Proben aus reinem TangoBlack Plus (5,3 kJ/m2) konnte die Schlagzähigkeit sogar um den Faktor 18 gesteigert werden. Es konnte eine kritische Voxelkantenlänge (445-m) analytisch berechnet und durch experimentelle Ergebnisse bestätigt werden, oberhalb der eine Erhöhung der Voxelkantenlänge zu einer Reduzierung der Schlagzähigkeit führt. Bedauerlicherweise geht der Anstieg der Schlagzähigkeit mit einem Sinken der Glasübergangstemperatur einher. Als weiterer Schritt in dieser Forschungsarbeit wurden die Materialien gemäß einer Ziegelstein-Mörtel-Mauer-Struktur angeordnet, wie es vorangegangene wissenschaftliche Arbeiten empfehlen, in denen die Verbesserung von Materialeigenschaften durch die Kombination zweier Materialien unterschiedlicher Steifigkeit untersucht wurde. Daher wurden Ziegelsteine aus dem harten, steifen VeroWhite Plus in einer weichen, deformierbaren Mörtelstruktur aus TangoBlack Plus eingebettet, um die Rissablenkung positiv zu beeinflussen. In dieser Forschungsarbeit wurden mehrere Parametersätze untersucht, die die Gestalt der Ziegelstein-Mörtelstruktur im Detail definieren. Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass der Anstieg der Schlagzähigkeit maßgeblich von der Fähigkeit des Verbundwerkstoffs abhängt, den Riss umzulenken. Geeignete Parametersätze führten zu Proben mit hoher Schlagzähigkeit: Beispielsweise wurden im Falle eines Volumenverhältnisses von Material A zu Material B von 46:54 eine Schlagzähigkeit von 82 kJ/m2 gemessen. Um zu untersuchen, ob es möglich ist, die Steifigkeit von Bauteilen des Fahrzeuginnenraums auf Basis der Steifigkeit von AM-/ MBRM-Bauteilen zu prognostizieren, wurden Steifigkeitsmessungen durchgeführt. Unter der Bedingung gleicher Geometrien von AM-/ MBRM-Bauteilen und Serienbauteilen konnte nachgewiesen werden, dass eine Prognose der Steifigkeit von Serienbauteilen auf Basis der Steifigkeit von AM-/ MBRM-Bauteilen möglich ist, wenn der Elastizitätsmodul der AM-/ MBRM-Materialien dem der Serienmaterialien ähnlich ist. Beginnend mit einem einfachen Zusammenbau, dem Klappfach auf der Fahrerseite, konnte eine Prognose der Steifigkeit von Serienbauteilen auf Basis von AM-/ MBRM-Bauteilen getroffen werden und anhand eines komplexen Zusammenbaus bestätigt werden. Die Steifigkeit von Dekorblenden, die in einer Serien-Instrumententafel eingebaut waren, konnte mit einer Zuverlässlickeit von 92% bis 99% vorhergesagt werden, wenn ein geeignetes AM-/ MBRM-Material ausgewählt wurde. Da hochdynamische Belastungen in der Absicherung von Automobilen eine wichtige Rolle spielen, um im Falle eines Crashszenarios optimalen Insassenschutz zu gewährleisten, wurde in dieser Doktorarbeit auch das Verhalten von AM-/ MBRM-Bauteilen im Falle hochdynamischer Belastungen untersucht. In der Absicherung des Fahrzeuginnenraums spielt der Pendelschlagversuch eine wichtige Rolle, da er den Kopfaufprall eines Insassen im Falle eines Crashs simuliert. Die Ergebnisse der Pendelschlagversuche, die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführt wurden, belegen, dass es AM-/ MBRM-Materialien gibt, die bei hochdynamischen Belastungen nicht brechen oder gar splittern. Des Weiteren konnte diese Forschungsarbeit belegen, dass der bedeutende a3ms-Wert von Seriendekorblenden auf Basis von Versuchen an einer geeigneten AM-/ MBRM-Dekorblende mit einer Prognosesicherheit von bis zu 97% vorhergesagt werden kann.
