Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Verbesserung der Übertragbarkeit eines künstlichen neuronalen Netzes zur Qualitätsvorhersage beim Widerstandspunktschweißen von hochfesten Stählen
    ( 2023-09-11)
    El-Sari, Bassel
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Eine typische Automobilkarosserie kann bis zu 5000 Widerstandspunktschweißverbindungen aufweisen, welche hohen Qualitätsanforderungen genügen müssen. Daher ist eine durchgehende Prozessüberwachung unerlässlich. Die Transformation zur E-Mobilität in der Automobilindustrie und die damit einhergehende Reichweitenproblematik treiben die Entwicklung und Einführung neuer hochfester Stähle an. Dies resultiert in einem gesteigerten Fertigungsaufwand hinsichtlich einer stabilen Prozess-führung in der Fügetechnik. Um diesen Anstieg an Komplexität zu bewältigen, sind die Methoden der künstlichen Intelligenz ein geeignetes Mittel. Mit Ihnen kann, durch Auswertung der Prozessparameter und -signale, die individuelle Schweißpunktqualität sichergesellt werden. Die Vorhersagegenauigkeit von neuen Daten, also das extrapolieren, stellt für die meisten Algorithmen eine große Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird ein künstliches neuronales Netz zur Vorhersage des Punktdurchmessers von Widerstandspunktschweißungen anhand von Prozessparametern implementiert. Die Vorhersagegenauigkeit und Extrapolationsfähigkeit des Modells wird durch die Auswertung des dynamischen Widerstandssignals verbessert. Um die Extrapolationsfähigkeit zu untersuchen, wird die Vorhersagegenauigkeit des Modells mit Daten getestet, die sich in Bezug auf den Werkstoff und der Beschichtungszusammensetzung deutlich von den Trainingsdaten unterscheiden. Dazu wurden mehrere Schweißexperimente mit Werkstoffen verschiedener Hersteller durchgeführt und nur ein Teil der Daten in das Training einbezogen. Die Ergebnisse dieser Arbeit verdeutlichen den positiven Einfluss der Prozesssignale auf die Robustheit des Modells und die Skalierbarkeit der Algorithmen künstlicher neuronaler Netze auf Daten außerhalb des Trainingsraums.
  • 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
    Ontology Based Skill Matchmaking Between Contributors and Projects in Open Source Hardware
    ( 2023-08-10)
    Konietzko, Erik Paul
    ;
    Gogineni, Sonika
    Open source hardware (OSH) projects are dynamic with respect to those actively participating in them. In addition, often-stated challenges in OSH projects are the difficulty to find suitable collaborators and to motivate them to stay for the longer run. This paper addresses these challenges to balance the workload between the project core team and the community. For this purpose, an ontology-based demonstrator for skill-based matching in OSH communities was developed and evaluated. A sample project and user data from a collaborative online OSH development platform was enriched with skills and connected with a semantic network consisting of two ontologies. On one hand, the demonstrator enables finding users with particular capabilities to match certain project requirements. On the other hand, users of the development platform can be matched to projects based on their skill interests. A use case scenario was evaluated using the demonstrator. The results show that an integration of a semantic network with a collaborative OSH development platform is realisable and presents potentials for further utilization.
  • Publication
    Conception and Requirements Identification of Gaia-X-Based Service Offerings
    ( 2023-08-10)
    Tanrikulu, Cansu
    ;
    Gogineni, Sonika
    ;
    Kondak, Konstantin
    ;
    Lindow, Kai
    Gaia-X is an initiative to develop the next generation of a secure and federated European data infrastructure to promote digital sovereignty for data exchange to fuel innovations. This paper introduces the basics of Gaia-X, in particular the mobility domain, followed by the federated system and its standards. In addition, a research methodology is presented to help conceptualize and derive requirements for service offerings on a Gaia-X-based data space. This is elaborated with a use case from the project "GAIA-X4 AMS" (Gaia-X4-Advanced Mobility Services), which reflects implementation in Gaia-X ecosystems and its added value.
  • Publication
    Sustainable product lifecycle management with Digital Twins: A systematic literature review
    ( 2023-07)
    Seegrün, Anne
    ;
    Kruschke, Thomas
    ;
    Mügge, Janine
    ;
    Hardinghaus, Louis
    ;
    Knauf, Tobias
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    Riedelsheimer, Theresa
    ;
    Lindow, Kai
    A Digital Twin (DT) is a virtual replica of a product or product-service system, which can be used to provide transparency of a product's sustainability and to positively influence the ecological impact throughout its lifecycle by means of intelligent data analytics. This paper identifies current sustainability-focused application scenarios of DTs in the manufacturing industry and outlines the results of a systematic literature review (SLR). The identification of the state-of-the-art and the assessment of current DT concepts with regard to the addressed product lifecycle phases, technological maturity and sustainability scope point towards key directions to guide future research.
  • Publication
    Brennstoffzelle - wie sauber muss es sein?
    ( 2023-06-29)
    Tammer, Christoph
    ;
    Schießl, Timo
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    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
    Investigation of the LME Susceptibility of Dual Phase Steel with Different Zinc Coatings
    ( 2023-05-05)
    El-Sari, Bassel
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    The application of anti-corrosion coated, high-strength steels in the automotive industry has increased in recent years. In combination with various zinc-based surface coatings, liquid metal embrittlement cracking can be observed in some of these materials. A high-quality, crack-free spotwelded joint is essential to realize the lightweight potential of the materials. In this work, the LME susceptibility of different coatings, which will be determined by the crack length and the occurrence rate, will be investigated using a welding under external load setup. The uncoated specimens did not show any LME. EG, GI and GA showed significantly less LME than ZM coatings. The latter coatings showed much larger crack lengths than the EG, GI and GA coatings. Furthermore, two mechanisms regarding the LME occurrence rate were observed: the occurrence of LME in zinc-magnesium coatings was theorized to be driven by the material properties of the coatings, whereas the occurrence of LME at EG, GI and GA samples was forced mainly by the application of the external tensile load. In the experimental setup of this work, the materials were exposed to unusually high mechanical loads (up to 80% of their yield strength) to evoke LME cracks.
  • Publication
    PLM und Digitalisierung als grüne Wegbereiter
    ( 2023-04-04)
    Seegrün, Anne
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    Lindow, Kai
    ;
    Kirsch, Lucas
    Der Klimawandel bestimmt zunehmend den politischen und gesellschaftlichen Diskurs. Was kann die Industrie tun, um sich dieser Generationenherausforderung zu stellen? Fakt ist: Die Zeiten, in denen Nachhaltigkeit lediglich in der Strategie-Roadmap und als Absichtserklärung im Jahresbericht auftaucht, sind vorbei – jetzt geht es um Konkretisierung. Gut, dass die Digitalisierung helfen kann.
  • Publication
    Adaptive Reparatur-Prozesskette
    ( 2023-02-11)
    Müller, Vinzenz
    ;
    Mönchinger, Stephan
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    Colombo, Giovanna Fiocco
    ;
    Biegler, Max
    ;
    Rethmeier, Michael
    Das additive Fertigungsverfahren Laser-Powder Directed Energy Depositon (LP-DED), kombiniert mit automatisierten Reverse-Engineering-Ansätzen, bietet die Möglichkeit, Bauteile effizient zu reparieren. Durch intelligente Algorithmen können im sogenannten Scangineering 3D-Scandaten von Bauteilen vorverarbeitet, ausgerichtet und parametrisiert werden. Die erkannten geometrischen Defekte werden zur Errechnung der Werkzeugwege für den additiven Aufbau verwendet und mittels des LP-DED-Prozesses aufgeschweißt und repariert. Dabei kommen vor allem die Vorteile der flexiblen Prozessführung, ein hoher Automatisierungsgrad und gute Reproduzierbarkeit zum Tragen.