Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Filters

1
1
Reset filters

Settings
Now showing 1 - 10 of 26
  • Publication
    Künstliche Neuronale Netze zur Qualitätsprognose von Funktional Gradierten Materialien im laserbasierten Directed Energy Deposition
    ( 2023-09-25)
    Marquardt, Raphael
    ;
    Bähring, Stefan
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Durch pulverbasiertes Directed-Energy Deposition lassen sich Gradierungen fertigen, um diskrete Materialübergänge zu vermeiden und die Lebensdauer von Hartschichten zu erhöhen. Die Kombination aus Stahl als Basiswerkstoff und einer verschleiß- und korrosionsbeständigen Co-Cr Legierung verspricht durch Vermeiden von Spannungskonzentrationen das Verhindern von Abplatzungen und Rissen in der Schutzschicht. Um die Qualität des gefertigten Bauteils zu beurteilen, liegen für solche Funktional Gradierten Materialien (FGM) wenig Erkenntnisse vor. Daher wird im Rahmen dieser Studie eine Methodik erarbeitet, um die relative Dichte eines Funktional Gradierten Materials auf Stahl und Co-Cr Basis mittels Maschinendaten zu bestimmen. Anschließend wird unter Einsatz eines künstlichen neuronalen Netzes anhand von Sensordaten die relative Dichte vorhergesagt. Das trainierte Netz erreicht eine Vorhersagegenauigkeiten von 99,83%. Abschließend wird eine Anwendung anhand von einem Demonstrator gezeigt.
  • Publication
    Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität
    ( 2023-09)
    Kampffmeyer, Dirk
    ;
    Wolters, Michael
    ;
    Raute, Julius
    ;
    Müller, Vinzenz
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.
  • Publication
    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.
  • Publication
    Brennstoffzelle - wie sauber muss es sein?
    ( 2023-06-29)
    Tammer, Christoph
    ;
    Schießl, Timo
    ;
    Burgdorf, Philipp
    Die technische Sauberkeit ist bei der Brennstoffzelle eine wichtige Einflussgröße für die realisierte Produktqualität in Bezug auf Lebensdauer und Performanz. Wie an welcher Stelle der Prozesskette im Hinblick auf welche Grenzwerte gereinigt und geprüft werden sollte, wird aktuell im Rahmen eines Forschungsprojektes betrachtet.
  • Publication
    Laser Surface Texturing of Ti6Al4V Alloy for the Reduction of Peri-implantitis
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Souza Schweitzer, Luiz Guilherme De
    Within the scope of the present work, a novel laser texturing processing to optimize the surface characteristics of dental titanium implants is developed. The treatment with ultrashort pulsed laser for the surface texturing shows promising results to prevent implant-associated infections on dental implants. On the one hand, this is achieved by reducing the biofilm formation of the pioneer bacteria Streptococcus. The reduction of biofilm formation on the surface avoids the proliferation of pathogen bacteria responsible for the peri-implantitis disease. On the other hand, the host tissue integration is achieved through the adhesion of human MSCs, allowing the maintenance of biocompatibility. The investigation of both aspects within the same framework conditions comprises a method to assess the technology developed to prevent the occurrence of peri-implantitis cases without compromising the biocompatibility of the implant.
  • Publication
    Automatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Thiele, Gregor
    Industrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.
  • Publication
    Transdisciplinary Setup Guide for Automated Maintenance Training Generation in Virtual Reality from Virtual Commissioning
    ( 2023)
    Quast, Sascha
    ;
    Konkol, Kathrin
    In automated production industries, qualified maintenance is important. Planning and executing complex practical maintenance training scenarios on real machines can be expensive. To reduce cost, virtual training simulations in Virtual Reality (VR) are slowly being established in the virtual commissioning sector, but implementation times can be long and costly when each new training scenario needs to be implemented manually. This paper describes the outcome of a three-year research project, which addressed an automated generation of gamified maintenance training in VR based on existing virtual commissioning scenarios instead of manually configuring the machine logic on an example in the automotive industry. With the project partners from the automotive and gaming industry, a demonstrator was created. The result is a transdisciplinary setup guide for three different user types: the commissioner, the trainer, and the trainee. The users are supported with a combination of automated functions and included descriptions to utilize VR without being VR experts. The first user, the commissioner, can generate a VR scene from virtual commissioning and connects them so that the real machine behavior of the virtual Programmable Logic Controller (PLC) and Numerical Control (NC) can be used in VR over the virtual Human Machine Interfaces (HMI) like touchscreens, buttons, and other machine parts. The trainer can configure training in this virtual commissioning scene for the maintenance trainee to use for virtual machine training. The demonstrator received positive feedback from key users of the automotive industry and should be tested for their training in the next steps.
  • Publication
    Herstellung definierter Werkzeugmikrogeometrien an Mikrofräswerkzeugen und deren Einfluss auf die Zerspanung spröder und duktiler Werkstoffe
    (Fraunhofer Verlag, 2023)
    Kuche, Yves
    Einen Ansatz, um die Prozessstabilität und Produktivität beim Mikrofräsen zu steigern, bietet die gezielte Schneidkantenpräparation durch das Verfahren Tauchgleitläppen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, erweitertes Prozesswissen zur Herstellung werkstoffspezifischer Werkzeugmikrogeometrien bereitzustellen. Zunächst wurden die Einflussfaktoren und Stellgrößen definiert und gezielt untersucht. Dabei konnte insbesondere der aus den Prozessparametern resultierende Läppdruck näher betrachtet sowie ein Einfluss des Keilwinkels und der Hartmetallzusammensetzung bestimmt werden. Weiterhin wurde durch den Einsatz der Diskrete Elemente Methode (DEM) ein Modell zur numerischen Analyse des Tauchgleitläppens vorgestellt. Es wurden die Effekte moderner Werkzeugbeschichtungen auf die Werkzeugmikrogeometrie untersucht und die Mikrofräswerkzeuge für die Fräsbearbeitung von Feinkorngraphit sowie der bleifreien Kupferlegierung CuZn21Si3P eingesetzt. Als Ergebnis konnte der Einfluss der Schneidkantenrundungen und Schartigkeitskennwerte auf die resultierende Oberflächenrauheit, die Aktivkräfte, den Werkzeugverschleiß und die Kantenqualität der bearbeiteten Werkstücke quantifiziert werden.
  • Publication
    Mechanical properties of laser welded joints of wrought and heat-treated PBF-LB/M Inconel 718 parts depending on build direction
    ( 2023)
    Simón Muzás, Juan
    ;
    Brunner-Schwer, Christian
    ;
    Hilgenberg, Kai
    ;
    Rethmeier, Michael
    Laser-based Powder Bed Fusion of Metal (PBF-LB/M) is a broadly used metal additive manufacturing (AM) method for fabricating complex metallic parts, whose sizes are however limited by the build envelope of PBF-LB/M machines. Laser welding arises as a valid joining method for effectively integrating these AM parts into larger assemblies. PBF-LB/M components must usually be stress-relieved before they can be separated from the build plate. An additional heat treatment can be beneficial for obtaining homogeneous mechanical properties across the seam or for the formation of desired precipitations in nickel-based-alloys. Therefore, the tensile performance of laser welded hybrid (AM/wrought) and AM-AM tensile samples of Inconel 718 is examined after undergoing three different heat treatments and considering three relevant build directions. It can be shown that the build orientation is an influencing factor on weld properties even after two applied heat treatments.