Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Einfluss des Post-Processings auf laserstrahlgeschmolzene Bauteile am Beispiel von ß-Titanlegierungen

2021 , Gerlitzky, Georg

Additive Fertigungsverfahren wie das Laserstrahlschmelzen gewinnen bei der Fertigung von individualisierten Produkten immer mehr an Bedeutung. Dass liegt vor allem an der hohen geometrischen Gestaltungsfreiheit des Verfahrens und der guten Werkstoffausnutzung, die vor allem bei teuren Hochleistungswerkstoffen von Vorteil ist. Dem Durchbruch des Laserstrahlschmelzens für diese Werkstoffe stehen allerdings Probleme, wie geringe Produktivität und die mangelnde Integration in produktive Prozessketten gegenüber. Damit einhergehend besteht Forschungsbedarf hinsichtlich des Einflusses von Post-Prozessen, wie Wärmebehandlung und Nachbearbeitung, auf die Eigenschaften der laserstrahlgeschmolzenen Bauteile. In dieser Arbeit werden am Beispiel des Werkstoffs Ti 5553 zunächst Prozessgrundparameter zur Qualifizierung des Werkstoffs für das Laserstrahlschmelzen untersucht. Anschließend werden die Einflüsse der Wärmebehandlung und der Nachbearbeitung auf die Bauteileigenschaften quantifiziert. Abschließend werden Wechselwirkungen zwischen den Post-Prozessen aufgezeigt und Versagensmechanismen auf Basis der Belastungsarten charakterisiert. Die erarbeiteten technologischen Grundlagen können bei der anforderungsgerechten Auslegung von Prozessketten für das Laserstrahlschmelzen behilflich sein und somit breitere Anwendungsfelder für das Verfahren erschließen.

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Endkonturnahe Schruppbearbeitung von Titanaluminid mittels Wasserabrasivstrahlen mit kontrollierter Schnitttiefe

2018 , Faltin, Fabian

Intermetallische Titanaluminid-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte weithin als eine mögliche Werkstoffgruppe für den Einsatz im Turbomaschinenbau betrachtet. Trotz der hervorragenden Eigenschaften ist der serientechnische Einsatz dieser Legierung bislang ausgeblieben. Der Hauptgrund ist hierbei unter anderem in der schwierigen Bearbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen oder Drehen zu sehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wasserabrasivstrahltechnologie für eine werkstoffeffiziente, endkonturnahe Schruppbearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe nutzbar gemacht. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanungsmethoden wurden hierzu Regressionsmodelle abgeleitet, mit denen Schnitte mit definierter und vorhersagbarer Tiefe in Werkstücke eingebracht werden können, deren Überschneidung zur Entfernung von Segmenten aus Halbzeugen genutzt werden können. Anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen wurden zudem die Effekte, die zu Unebenheiten im Kerbgrund führen können, grundlegend untersucht und Bearbeitungsstrategien zu dessen Vermeidung vorgestellt.

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Herstellung und Einsatz von PKD-Mikrofräswerkzeugen

2017 , Polte, Mitchel

Das Ziel der Arbeit ist die Reduzierung des Werkzeugverschleißes beim Mikrofräsen von Form- und Elektrodenwerkstoffen für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen durch den Einsatz des Schneidstoffs PKD. Zur Erreichung dieses Ziels ist eine Herstellungstechnologie für Mikrofräswerkzeuge mit Schneidkanten aus PKD für Werkzeugdurchmesser von D = 1 mm mit Aspektverhältnissen von AW = 4 zu entwickeln.

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Merkmalbasiertes Nutzerunterstützungssystem für die Erfassung von Bauteilen mittels industrieller Computertomographie

2019 , Sawczyn, Nikolas

Die vorliegende Dissertation widmet sich dem Ansatz, die computertomographische Erfassung von Bauteilen zu automatisieren und demnach das Verfahren für den Einsatz innerhalb der digital integrierten Produktion zu befähigen. Hierzu wird ein auf CAD-Daten basierendes Konzept zur CT-spezifischen Bereitstellung von Aufnahmeparametern erarbeitet. Das nichtlineare Beschreibungsmodell ermöglicht eine messobjektspezifische Optimierung der Aufnahmeparameter hinsichtlich der Auflösung oder der Messzeit. Durch vollfaktorielle Versuchspläne und CT-spezifische Prüfkörper aus unterschiedlichen Werkstoffen wird eine hinreichende Datenbasis generiert. Darauf aufbauend wird ein empirisches Modell gebildet, welches der merkmalbasierten Abschätzung der Messunsicherheit dient. Eine Implementierung einer Schnittstelle nach dem DMIS-Standard ermöglicht die direkte Anbindung an kommerzielle Mess- und Auswertesoftware.

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Adaptives Entwicklungstool zur intelligenten Konfigurierung von Condition-Monitoring-Algorithmen

2017 , Laghmouchi, Abdelhakim

Die Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen hängt überwiegend vom Zustand ihrer verschleißanfälligen mechanischen Komponenten ab. Ein Maschinenausfall wird in der Regel durch Verschleiß dieser Komponenten verursacht. Das Condition Monitoring von verschleißkritischen Komponenten führt zur Vermeidung ungeplanter Maschinenausfälle und zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen. Hierbei ist die Entwicklung geeigneter, zuverlässiger und robuster Auswertealgorithmen ein elementares Kernstück einer Condition-Monitoring-Lösung. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung einer innovativen Vorgehensweise zur Konfigurierung von Algorithmen für die Datenanalyse, den Entwicklungsaufwand zukünftiger Algorithmen für verschiedene Zustandsüberwachungsanwendungen zu reduzieren. Hierzu wurde ein Tool zur Evaluierung dieser Vorgehensweise entwickelt und anhand verschiedener Use Cases unter realitätsnahen Betriebsbedingungen evaluiert. Das entwickelte Tool dient als Werkzeug zur Realisierung diverser Auswertealgorithmen für unterschiedliche Condition-Monitoring-Anwendungen.

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Qualitätsreferenzmodell für die Produktion von Unikaten und Kleinserien

2016 , Rößle, Dominik

Die steigende Nachfrage nach kundenindividuellen Produkten und die damit verbundene individualisierte Produktion rückt den Fokus der Unternehmen auf die Sicherstellung der Konformität mit den Kundenanforderungen. Zur Sicherstellung der Konformität ist es notwendig, gezielt Methoden in den einzelnen Phasen des Produktlebenszyklus einzusetzen. Das Qualitätsreferenzmodell unterstützt den Anwender bei der Methodenwahl sowie bei der Prozessoptimierung.

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Ortsabhängiges Verschleißmodell für das Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik

2019 , List, Michael

Die Form von Werkstücken lässt sich insbesondere beim Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik (DPMP) wesentlich durch die makroskopische Form der verwendeten Schleifscheiben beeinflussen. Die charakteristische Kinematik des DPMP führt allerdings zu ortsabhängigen Belastungen der Schleifscheibe, die sich während der Bearbeitung als Profilverschleiß auf der Schleifscheibe ausbilden und somit die Formqualitäten der Werkstücke reduzieren können. Um dem Profilverschleiß entgegenzuwirken ist regelmäßiges Abrichten zur Wiederherstellung ebener Schleifscheiben unabdingbar. Trotz der weiten industriellen Verbreitung des DPMP existieren jedoch vergleichsweise geringe wissenschaftlich fundierte Kenntnisse hinsichtlich der Wirkzusammenhänge beim DPMP. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit der Einfluss verschiedener Stellgrößen auf den Schleifscheibenverschleiß beim DPMP analysiert und darauf aufbauend Prozessmodelle entwickelt. Mit Hilfe dieser Modelle werden Schleifscheiben mit reduziertem ortsabhängigem Profilverschleiß ausgelegt und deren verbessertes Einsatzverhalten in technologischen Untersuchungen analysiert und nachgewiesen.

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Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur unter Nutzung der elektro-magnetischen Umformung

2017 , Prasol, Lukas

Das geringe Formänderungsvermögen der Magnesiumlegierung AZ31 in konventionellen Blechumformprozessen bei Raumtemperatur limitiert den Einsatz in industriellen Anwendungen. Das elektro-magnetische Blechumformen hat eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur zur Folge. Inhalt dieser Arbeit ist eine systematische Untersuchung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung und Raumtemperatur. Durch die Entwicklung eines FE-Simulationsmodells unter Integration eines formänderungsgeschwindigkeitsangepassten Werkstoffmodells ist eine Untersuchung der maßgeblichen, das Formänderungsvermögen beeinflussenden Effekte der Magnesiumlegierung AZ31 bei elektro-magnetischer Blechumformung realisierbar. Das Formänderungsvermögen wird experimentell im Belastungszustand der ebenen Dehnung und bei bi-axialer Streckziehbelastung ermittelt. Die prozessbedingte Joulesche Erwärmung des Werkstücks sowie die hohe Formänderungsgeschwindigkeit bewirken eine Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur im Vergleich zu konventionellen Blechumformprozessen.

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Prozessauslegung zum Schnellhubschleifen von Hochleistungskeramik

2016 , Sammler, Christoph

Als Verfahrenserweiterung des Pendelschleifens stellt das Schnellhubschleifen eine attraktive Alternative zur konventionellen Bearbeitung dar, mittels derer sich höchste Abtrennraten beim Schleifen keramischer Werkstoffe erzielen lassen. Unter Verwendung der Versuchswerkstoffe Siliziumnitrid und Siliziumkarbid konnte aufgezeigt werden, dass die Abtrennmechanismen mit zunehmender Werkstückgeschwindigkeit mehr und mehr spröde geprägt sind. Erstmalig werden Werkstückgeschwindigkeiten von bis zu vw = 180 m/min und Schleifscheibenumfangsgeschwindigkeiten von bis zu vs = 180 m/s prozesssicher zur Erreichung von bezogenen Zeitspanungsvolumina von bis zu Q'w = 90 mm3/mms eingesetzt. Gestützt durch numerische Berechnungen kinematischer Eingriffsbedingungen statistisch verteilter Schleifscheibentopographien konnten kritische Einzelkornbelastungen sowie weitere Belastungsbestandteile identifiziert werden.

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