Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Process Setup and Boundaries of Wire Electron Beam Additive Manufacturing of High-Strength Aluminum Bronze

2023-08-08 , Raute, Maximilian Julius , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

In recent years, in addition to the commonly known wire-based processes of Directed Energy Deposition using lasers, a process variant using the electron beam has also developed to industrial market maturity. The process variant offers particular potential for processing highly conductive, reflective or oxidation-prone materials. However, for industrial usage, there is a lack of comprehensive data on performance, limitations and possible applications. The present study bridges the gap using the example of the high-strength aluminum bronze CuAl8Ni6. Multi-stage test welds are used to determine the limitations of the process and to draw conclusions about the suitability of the parameters for additive manufacturing. For this purpose, optimal ranges for energy input, possible welding speeds and the scalability of the process were investigated. Finally, additive test specimens in the form of cylinders and walls are produced, and the hardness profile, microstructure and mechanical properties are investigated. It is found that the material CuAl8Ni6 can be well processed using wire electron beam additive manufacturing. The microstructure is similar to a cast structure, the hardness profile over the height of the specimens is constant, and the tensile strength and elongation at fracture values achieved the specification of the raw material.

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Modellbasierte Prozessvorhersagen für das Bürstspanen mit gebundenem Schleifmittel.

2022 , Sommerfeld, Christian , Uhlmann, Eckart

Das Bürstspanen mit gebundenem Schleifmittel ist ein industriell vielfach eingesetztes Fertigungsverfahren zur Nachbearbeitung von technischen Oberflächen. Die Auslegung der dazugehörigen Bürstprozesse erfolgt jedoch in den meisten Anwendungsfällen auf Grundlage von zeitaufwändigen Vorversuchen und Erfahrungswerten. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit ein besseres Verständnis zur Technologie des Bürstspanens mit gebundenem Schleifmittel von technischen Oberflächen aufgebaut. Dazu werden auf Grundlage von experimentellen Untersuchungen empirische Prozessmodelle erstellt, die Vorhersagen zur Produktivität von Bürstprozessen an Werkstücken mit einfacher Geometrie bereitstellen. Zusätzlich wird ein kinetisches Prozessmodell entwickelt, das an Werkstücken mit variierenden geometrischen Ausprägungen zur Berechnung der wirkenden Bearbeitungskräfte und der Bewegung der Schleiffilamente des Bürstwerkzeuges eingesetzt werden kann. Die kombinierte Anwendung der Prozessmodelle bietet schließlich die Möglichkeit Vorhersagen zur Wirtschaftlichkeit des Bürstprozesses für komplexe Werkstückgeometrien zu treffen, ohne zusätzliche experimentelle Untersuchungen durchzuführen.

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Methodik zur modellbasierten Systemarchitekturdefinition von Smart-circular Product-Service Systems

2022 , Halstenberg, Friedrich Andreas

Induziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart-circular Product Service Systems (Smart-circular PSS). Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Aufbauend auf gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde anhand von fünf Studien evaluiert und erprobt.

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Entwicklung eines Prozess- und Informationsmodells für das Produktlebenszyklusmanagement in der digitalen Transformation

2023 , Schindlbeck, Roman , Rethmeier, Michael , Stark, Rainer , Dust, Robert

Die Digitalisierung erfordert von industriellen Unternehmen, reaktionsfähig neue Kundenbedürfnisse zu bedienen. Der tägliche Umgang mit digitalen Technologien verändert die Erwartungen der Nutzer an Produkte und Services. Um im Wettbewerb zu bestehen, sind Geschäftsmodelle konsequent kundenorientiert auszurichten und permanent anzupassen. Innovationen ressourceneffizient und schnell in Form von Produkten und Services zu operationalisieren, setzt voraus, dass die Prozesse und Systeme von Unternehmen ein durchgängiges, anpassbares und transparentes Wissens-, Informations- und Datenmanagement gewährleisten. In dieser Arbeit wird ein Modell für ein strukturiertes Vorgehen entwickelt, um neue Geschäftsmodelle zu gestalten und die dafür notwendigen Adaptionen des Produktlebenszyklusmanagements vorzunehmen. Die Anforderungen an das Modell werden anhand der praxisbezogenen Aktionsforschung und qualitativer Untersuchungsmethoden abgeleitet. Darauf aufbauend erfolgt die Modellbildung, in die konkrete Techniken und Handlungsanleitungen einfließen. Anschließend wird das Modell durch den Use Case „Automatisiertes Laden“ evaluiert.

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Modellieren von Widerstandspunktschweissungen in FE

2022 , Seitz, Georg

In der Veröffentlichung wird anwendungsbezogen die Simulation von Widerstandpunktschweißungen in FEA-Programmen erklärt. Hierbei wird insbesondere der Nutzen für den praxisorientieren Schweißingenieur/Produktionsplaner erläutert und wie dieser die Schweißstruktursimulation nutzen kann, um Schweißverzug vorherzusagen und diesen zu minimieren.

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16. Berliner Runde. Neue Konzepte für Werkzeugmaschinen. Begleitband

2022 , Uhlmann, Eckart

Produktionstechnik als Vorreiter für Lösungen einer sich wandelnden Industriegesellschaft: Klimaschutz und Ressourcenknappheit, Digitalisierung und Daten sicherheit, Urbanisierung und Mobilität sind globale Themen, die zu einem Wandel unserer Industriegesellschaft führen. In ihrer 16. Auflage rückt die Berliner Runde, das führende Forum für Werkzeugmaschinenhersteller, Zulieferer und Anwender, Lösun gen aus der Produktionstechnik in den Fokus, mit denen Unter nehmen Herausforderungen und Potenziale dieses disruptiven Wandels gleichermaßen bewältigen und ausschöpfen können. Die Themen umfassen unter anderem nachhaltige Fertigungs- und Maschinentechnologien, ganzheitliche Optimierungskon zepte mithilfe Künstlicher Intelligenz, kontextsensitive Assistenz systeme sowie Lösungen aus den Bereichen Blockchain und Health Science. Die vorgestellten Lösungsansätze bieten einen neuen Blickwinkel auf die Produktion von morgen und ermögli chen es Unternehmen, in dem vorherrschenden Spannungsfeld auch zukünftig wirtschaftlich effizient zu agieren. Hochrangige Referentinnen und Referenten aus dem Werkzeug maschinenbau, der gesamten Lieferkette sowie der Anwendung stellen aktuelle und zukünftige Entwicklungen der Werkzeug maschinenbranche sowie der Produktionstechnik vor. Diskutieren Sie mit uns, welche System- und Komponentenlösungen neue Impulse für einen zukunftsorientierten Wandel unserer Industrie gesellschaft setzen können und welche innovativen Lösungen für die Produktionstechnik daraus resultieren.

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Infraschallunterstütztes Dornhonen

2023 , Zimmermann, Sascha , Uhlmann, Eckart

Der Einsatz von Schwingungen bei Fertigungsverfahren ist seit Jahrzehnten ein allgegenwärtiges Thema in der Forschung. Die Vorteile lassen sich insbesondere an verringerten Bearbeitungskräften und damit an der Steigerung der Wirtschaftlichkeit und Ressourcenschonung erkennen. Die Komplexität des zielgerichteten Einsatzes, wie die Notwendigkeit zusätzlicher Aktuatoren und die konstruktive und schwingungstechnische Auslegung der Komponenten und Prozessbedingungen, verhindert jedoch den industriellen Einsatz. Innerhalb dieser Arbeit werden Dornhonprozesse untersucht, bei denen zusätzliche Schwingungen mit Hilfe der integrierten Antriebe eines Bearbeitungszentrums realisiert werden. Dafür werden realisierbare Schwingungsparameter und resultierende Veränderungen der Prozessparameter analysiert. Zur Identifikation von Prozessveränderungen dienen ein geometrisch kinematisches Durchdringungsmodell sowie Einkornritzversuche. An Werkstücken aus Gusseisen mit Lamellengraphit werden die Auswirkungen von erzwungenen Schwingungen beim Dornhonen technologisch untersucht. Die Arbeit leistet einen Beitrag zum Verständnis sowie zur Auslegung und Nutzung der infraschallunterstützten Dornhonbearbeitung.

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Empirische Untersuchung eines hybriden Simulators zur ganzheitlichen Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte

2022 , Hartfiel, Bert

Im modernen Automobilbau ist das ganzheitliche Kundenerlebnis (engl. User Experience) mit dem Fahrzeug ein zentrales Kaufkriterium. Daher ist auch im Entwicklungsprozess eine starke Kundenzentrierung von entscheidender Bedeutung. Interaktive Entwicklungswerkzeuge werden deshalb bereits seit Jahrzehnten vor allem in frühen Entwicklungsphasen eingesetzt, um neue Fahrzeugkonzepte subjektiv erleben und evaluieren zu können. In Bezug zu einer ganzheitlichen Erlebbarkeit neuer Fahrzeuginterieur-Konzepte stoßen vorhandene Entwicklungswerkzeuge jedoch an ihre Grenzen. Aus diesem Grund wurde ein neuartiger Simulator als Hybride aus dynamischen Fahrsimulator und variablem VR-Prüfstand entwickelt. Im Rahmen dieser Arbeit wird dieses Tool mithilfe von drei Validierungsstudien umfassend untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass neben einer gesteigerten physikalischen Validität auch die verhaltensbezogene Validität bei der Ausführung primärer Fahraufgaben in diesem Simulator erhöht ist. Es wird jedoch auch deutlich, dass der aktuelle Entwicklungsstand dieses Tools noch nicht für die valide Evaluierung sekundärer und tertiärer Fahraufgaben geeignet ist und Weiterentwicklungen erforderlich sind.

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