Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Nachhaltige Reinigung und Präparation
    ( 2024)
    Uhlmann, Eckart
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    Polte, Julian
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    Burgdorf, Philipp
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    Reder, Waldemar
    In der Fertigungstechnik lautet aktuell die Devise, innovative Wege für mehr Nachhaltigkeit zu entdecken. Für industrielle Reinigungsprozesse ist das CO2-Strahlen auf dem Vormarsch - im Beitrag wird beschrieben, warum.
  • Publication
    Echtzeit-Energieüberwachung in der Funkenerosion
    ( 2023)
    Uhlmann, Eckart
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    Polte, Mitchel
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    Yabroudi, Sami
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    Thißen, Kai
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    Penske, Wilhelm
    Ein großes Optimierungspotenzial der Funkenerosion liegt in den Energien der einzelnen Entladungen verborgen. Eine vektorielle Bestimmung der Entladedauern und die darauf basierende Energieberechnung sowie Klassifizierung erlauben es, die Entladeenergien, Entladungsarten und -dauern in Echtzeit zu überwachen und zu analysieren. Möglich wird dies durch ein Multiprocessing-Erzeuger-Verbraucher-Schema, welches überdies eine Visualisierung und Auswertung der Messdaten erlaubt.
  • Publication
    Edge Computing Software für den Zerspanungsprozess
    ( 2023)
    Uhlmann, Eckart
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    Hocke, Toni
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    Heper, Martin
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    Polte, Mitchel
    In aktuellen Forschungsprojekten entwickeln Forscher des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Open-Source-Software für Edge Devices. Für die Auslegung der Fertigungsprozesse wird neben den ingenieurwissenschaftlichen Themen auch exemplarisch die Auslegung einer entwickelten Auswerteelektronik inklusive der Softwarebereitstellung adressiert. Der interdisziplinäre Ansatz, einschließlich der Softwarebereitstellung, wird exemplarisch an einem DFG-Projekt zur Prozessüberwachung bei der Ultrapräzisionsdrehbearbeitung diskutiert.
  • Publication
    Cooling Capacity of Oil-in-Water Emulsion under wet Machining Conditions
    ( 2023)
    Nabbout, Kaissar
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    Sommerfeld, Martin
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    Barth, Enrico
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    Uhlmann, Eckart
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    Bock-Marbach, Benjamin
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    Kuhnert, Jörg
    Many industrial machining operations are carried out under wet machining conditions. Modelling and simulating fluid-structure-interactions and conjugate heat transfer are still a challenge nowadays. In this paper, temperature dependent heat transfer coefficients (HTC) h(T) are experimentally estimated for wet machining-like conditions in a jet cooling experiment. The transient temperature is thereby used to solve an Inverse Heat Transfer Problem for HTC function estimation. Determined HTC are applied as input in related jet cooling simulation using the Finite-Pointset-Method (FPM) to validate the modeling approach. Additionally, wet cutting simulations numerically highlight the influence of determined HTC h(T) on turning.
  • Publication
    Smarte Überwachung elektrischer Großantriebe
    ( 2023)
    Geisert, Claudio
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    Polte, Julian
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    Uhlmann, Eckart
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    Rauch, Hartmut
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    Brach, Karsten
    Die Nutzung von Digitalisierungstechnologien im Kontext von Industrie 4.0 bietet insbesondere für den gesamten Bereich der Wartung und Instandhaltung von elektrischen Großantrieben großes Potenzial zur Schaffung innovativer Serviceangebote. Durch erweiterte Sensorik im elektrischen Antrieb und Intelligenz in der Verarbeitung und Analyse von Daten im Betrieb von Anlagen, kann eine vorausschauende Instandhaltungsstrategie eingeführt werden, die eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen ermöglicht und gleichzeitig den Aufwand für Instandhaltungseinsätze reduziert. Um diese Potenziale im Servicegeschäft elektrischer Großantriebe zu erschließen, wird in diesem Beitrag ein hypothesengetriebener Ansatz zur Zustandsüberwachung beschrieben.
  • Publication
    Enabling of Automatically Generation of Cutting Paths for Three-Dimensional Pre-Contouring with Waterjet Trimming
    ( 2023)
    Reder, Waldemar
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    Uhlmann, Eckart
    Abrasive Water Injector Jet Cutting (AWIJC) is a flexible machining process for manufacturing high-performance materials, such as titan-and nickel-base-alloys. Due to the low ductility and thermal conductivity of these materials, conventional machining is struggling with high tool costs and wear. The tool wear in AWIJC is independent of the machined material, and the process has the potential to provide a cost-efficient solution in machining high-performance materials. Trimming, a near-net-shape pre-contouring with multi-stage AWIJC, requires a detailed knowledge of cutting paths for all steps in advance. In order to enable a geometrical flexible manufacturing process, an automatically cutting path generation is necessary. This article presents an application developed with NX Open using Visual Basic. The application TrimCAD is able to provide all necessary geometries for trimming based on the geometries of initial and finished parts. Furthermore, it is possible to adjust the number of cuts and the degree of pre-contouring. All geometries are automatically exported as a standardized three-dimensional STEP-file. The STEP-geometries can be processed to the CAM-processor of the waterjet machine. TrimCAD is an innovative possibility to machine three-dimensional parts made of high-performance materials.
  • Publication
    Wolframschmelzcarbidbasierte MMC-Schichten für den industriellen Einsatz im Formenbau
    ( 2022)
    Langebeck, Anika
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    Jahnke, Christian
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    Wünderlich, Tim
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    Hein, Christoph
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    Bohlen, Annika
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    Uhlmann, Eckart
    Zur Steigerung der abrasiven Verschleißbeständigkeit können Oberflächen lokal mit Hartpartikeln verstärkt werden. Diese sogenannten Metal-Matrix-Composit(MMC)-Schichten können mittels Laserstrahldispergieren gefertigt und durch Mikrofräsen nachbearbeitet werden. Im hier vorgestellten Forschungsvorhaben wurde als Grundwerkstoff verwendete Aluminiumbronze (CuAl10Ni5Fe4) mit Wolframschmelzcarbid verstärkt. Der Hartpartikelgehalt kann dabei durch eine Steigerung des Pulvermassenstroms bis zur Packungsdichte des unverarbeiteten Pulvers erhöht werden. Über eine temperaturbasierte Leistungsregelung kann eine gleichbleibend homogene MMC-Schicht mit konstanter Dicke und Tiefe dispergiert werden. Durch das Mikrofräsen mit optimierten Parametern können qualitativ hochwertige MMC-Oberflächen für den industriellen Einsatz in Spritzgusswerkzeugen hergestellt werden. Dabei wurde vor allem der Zahnvorschub fz als kritischer Prozessparameter identifiziert.
  • Publication
    Revealing dynamic processes in laser powder bed fusion with in situ X-ray diffraction at PETRA III
    ( 2022)
    Krohmer, E.
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    Schmeiser, F.
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    Wahlmann, B.
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    Rosigkeit, J.
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    Graf, G.
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    Spoerk-Erdely, P.
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    Clemens, H.
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    Staron, P.
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    Körner, C.
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    Reimers, W.
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    Uhlmann, Eckart
    The high flux combined with the high energy of the monochromatic synchrotron radiation available at modern synchrotron facilities offers vast possibilities for fundamental research on metal processing technologies. Especially in the case of laser powder bed fusion (LPBF), an additive manufacturing technology for the manufacturing of complex-shaped metallic parts, in situ methods are necessary to understand the highly dynamic thermal, mechanical, and metallurgical processes involved in the creation of the parts. At PETRA III, Deutsches Elektronen-Synchrotron, a customized LPBF system featuring all essential functions of an industrial LPBF system, is used for in situ X-ray diffraction research. Three use cases with different experimental setups and research questions are presented to demonstrate research opportunities. First, the influence of substrate pre-heating and a complex scan pattern on the strain and internal stress progression during the manufacturing of Inconel 625 parts is investigated. Second, a study on the nickel-base superalloy CMSX-4 reveals the formation and dissolution of γ′ precipitates depending on the scan pattern in different part locations. Third, phase transitions during melting and solidification of an intermetallic γ-TiAl based alloy are examined, and the advantages of using thin platelet-shaped specimens to resolve the phase components are discussed. The presented cases give an overview of in situ X-ray diffraction experiments at PETRA III for research on the LPBF technology and provide information on specific experimental procedures.
  • Publication
    Numerical investigation into cleanability of support structures produced by powder bed fusion technology
    ( 2022)
    Campana, Giampaolo
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    Uhlmann, Eckart
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    Mele, Mattia
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    Raffaelli, Luca
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    Bergmann, André
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    Kochan, Jaroslaw
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    Polte, Julian
    Purpose: Support structures used in laser powder bed fusion are often difficult to clean from unsintered powder at the end of the process. This issue can be significantly reduced through a proper design of these auxiliary structures. This paper aims to investigate preliminary the airflow within differently oriented support structures and to provide design guidelines to enhance their cleanability, especially the depowdering of them. Design/methodology/approach: This study investigates the cleanability of support structures in powder bed fusion technology. Digital models of cleaning operations were designed through computer-aided engineering systems. Simulations of the airflow running into the powder entrapped within the thin walls of auxiliary supports were implemented by computational fluid dynamics. This approach was applied to a set of randomly generated geometrical configurations to determine the air turbulence intensity depending on their design. Findings: The resul ts, which are based on the assumption that a relationship exists between turbulence and powder removal effectiveness, demonstrated that the maximum cleanability is obtainable through specific relative rotations between consecutive support structures. Furthermore, it was possible to highlight the considerable influence of the auxiliary structures next to the fluid inlet. These relevant findings establish optimal design rules for the cleanability of parts manufactured by powder bed fusion processes. Originality/value: This study presents a preliminary investigation into the cleanability of support structures in laser powder bed fusion, which has not been addressed by previous literature. The results allow for a better understanding of the fluid dynamics during cleaning operations. New guidelines to enhance the cleanability of support structures are provided based on the results of simulations.
  • Publication
    Flexible Automatisierung mit Virtuellen Agenten
    ( 2022)
    Uhlmann, Eckart
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    Polte, Julian
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    Mühlich, Christopher
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    Lindow, Kai
    The process automation of hybrid assembly systems presents companies with the challenge of integrating people and machines into a collaborative system while taking socio-economic aspects into account. The transfer of biological principles to the design of production processes, in combination with Industry 4.0, enables the development of self-organizing systems. Inspired by this, a decentralized platform solution for flexible automation is presented in order to use human skills to increase productivity in a targeted manner.