Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    3D laser metal deposition in an additive manufacturing process chain
    ( 2017)
    Graf, Benjamin
    ;
    Gumenyuk, Andrey
    ;
    Rethmeier, Michael
    Laser metal deposition (LMD) is an established technology for two-dimensional surface coatings. It offers high deposition rates, high material flexibility and the possibility to deposit material on existing components. Due to these features, LMD has been increasingly applied for additive manufacturing of 3D structures in recent years. Compared to previous coating applications, additive manufacturing of 3D structures leads to new challenges regarding LMD process knowledge. In this paper, the process chain for LMD as additive manufacturing technology is described. The experiments are conducted using titanium alloy Ti-6Al-4V and Inconel 718. Only the LMD nozzle is used to create a shielding gas atmosphere. This ensures high geometric flexibility, although issues with the restricted size and quality of the shielding gas atmosphere arise. In the first step, the influence of process parameters on the geometric dimensions of single weld beads is analysed based on design of experiments and statistical evaluation. The results allow adjusting the weld bead dimensions for the specific component geometry. In the second step, features of a 3D build-up strategy for high dimensional accuracy are discussed. For this purpose, cylindrical specimens consisting of more than 200 layers are built. Welding of multiple layers on top of each other leads to heat accumulation. Consequently, the molten pool is increased and weld bead height and width are changed. Furthermore, cooling times are prolonged. The build-up strategy has to be adjusted to deal with these issues. Process parameters, travel paths and cooling breaks between layers are varied. Temperatures during the deposition process are measured with pyrometer and thermography. The specimens are analysed with metallurgic cross sections, x-ray and tensile test. Tensile tests show that mechanical properties in the as-deposited condition are close to wrought material. The results are used to design guidelines for a LMD build-up strategy for complex components. As reality test, parts of a gas turbine burner and a turbine blade are manufactured according to these build-up strategies. Build-up rate, net-shape and microstructure of these demonstrative components are evaluated. This paper is relevant for industrial or scientific users of LMD, who are interested in the feasibility of this technology for additive manufacturing.
  • Publication
    A telecooperation management system for secure data conferencing in distributed product development processes
    ( 2002)
    Krause, F.L.
    ;
    Jansen, H.
    ;
    Schultz, R.
    ;
    Gärtner, H.
    Telecooperation is a technology which fulfils the communication requirements arising from global distributed product development. Implementations of the T.120 standard take the heterogeneous environment into account but do not solve security and ergonomic problems in a sophisticated way . The Telecooperation Management System (TCMS), developed by the Fraunhofer Institute for Production Systems and Design Technology, enhances T.120 implementations for their successful use in distributed product development.
  • Publication
    Feature processing as Kernel for integrated CAE systems
    ( 1994)
    Krause, F.-L.
    ;
    Rieger, E.
    ;
    Ulbrich, A.
    For the integration of the tasks to be mastered within the product development process it is necessary to take account of non-geometrical information, from design to manufacturing process, alongside geometrical design shape. The introduction of objects as carriers of semantic information leads to the use of features. In the present contribution, a concept and its realization are described that facilitate a flexible definition and computer-internal representation as well as the interpretation of features as semantically endowed objects. Based on the feature model, basic functionalitites for feature processing are introduced, which serve as a common kernel for integrated CAE-Systems.
  • Publication
    Virtual spaces to support feature-based computer aided design
    ( 1994)
    Krause, F.-L.
    ;
    Kramer, S.
    Increasingly high demands placed on the product development process with respect to the shortening of development and job throughput times, the lowering of development costs and an improvement in product quality have raised the requirement for unbroken continuity in the information-technological linkage of the associated tasks into process chains. Beyond the geometrical description of the component shape, the exchange of semantic information for use in all phases of product development must be supported. To meet these requirements features can be used as semantically endowed objects that accompany the product development process from customer request throgh the product release. The essential requierement here is the ability to define and process the features in a task- and product-specific fashion and to adapt them flexibly to the chaning constraints of product development. Parametrical models generated with features support the automation of associated design, configuration and planni ng processes.
  • Publication
    Features als semantische Objekte integrierter Prozeßketten
    ( 1994)
    Krause, F.-L.
    ;
    Ciesla, M.
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    Rieger, E.
    ;
    Ulbrich, A.
    ;
    Stephan, M.
    Zur ganzheilichen Integration der im Produktentwicklungsprozeß zu bewältigenden Aufgaben ist die Vernetzung der dabei eingesetzten Anwendungssysteme zu Prozeßketten erforderlich. Für den Informationsaustausch zwischen den Anwendungssystemen sind neben der geometrischen Bauteilgestalt nichtgeometrische Informationen vom Produktentwurf bis zur Fertigung und Prüfung zu berücksichtigen. Die Einführung von Objekten als Träger der semantischen Information führt zur Verwendung von Features. Im vorliegenden Beitrag werden Konzept und Realisierung einer featurebasierten Prozeßkette beschrieben. Die flexible Definition von Features und deren anwendungsneutrale Abbildung im zentralen Featuremodell ermöglicht deren Verwendung als Integrationselemente. Basierend auf dem Featuremodell ermöglicht deren Verwendung als Integrationselemente. Basierend auf dem Featuremodell werden Ansätze zur Unterstützung der Produktentwicklung mit den Teilaufgaben Entwurf, Konstruktion, integrierte Fertigungsplanunng u nd Qualitätssicherung vorgestellt.
  • Publication
    Produktmodellierung als Basis für eine wettbewerbsfähige Produktentwicklung
    ( 1994)
    Krause, F.-L.
    ;
    Hayka, H.
    ;
    Jansen, H.
    Der Zwang zur Verkürzung der Produktentwicklungszeiten unter gleichzeitiger Verbesserung der Qualität und Steigerung der Flexibilität hat bereits zu weitreichenden Erkenntnissen über Auswirkungen im Bereich der Produktentwicklung geführt. Erforderliche Maßnahmen betreffen sowohl organisatorische wie auch technische Aspekte der Auftragsabwicklung. Unter diesem verstärkten wirtschaftlichen Druck entstand in den letzten Jahren eine Reihe von unterschiedlichen Produktentwicklungsstrategien. Nach einer Darstellung der Situation in der Produktentwicklung mit ihren Auswirkungen leitet der Beitrag zu der zentralen Fragestellung der Produktmodellierung über und systematisiert die diesbezüglich wesentlichen Sachverhalte. Die Bedeutung der Produktmodellierung für die zukünfigen Fragen der Handhabung und des Austauschs von Produktdaten sowie im Hinblick auf die Integrationserfordernisse Prozeßketten, insbesondere bezüglich einer verstärkten Hinwendung zu parallelisierten Produktentwicklungsprozess en wird erläutert. In diesem Zusammenhang werden Fragen zur technischen Umsetzung von Simultaneous Engineering Vorgehensweisen und verteilten Produktmodellierung mit dem dafür erforderlichen Instrumentarium diskutiert. Vor dem Hintergrund einer nach wie vor unzureichenden ganzheitlichen Unterstützung der Produktentwicklung durch heutige CAD-Systeme wird auf diesbezügliche Arbeiten zum CAD-Referenzmodell hingewiesen.
  • Publication
    Konzeption und Implementierung von Prozeßketten. Informationstechnische Integration von CA-Anwendungen
    ( 1993)
    Ulbrich, A.
    Die Situation der Rechnerunterstützung vieler Industriebetriebe ist durch Insellösungen und partiell gekoppelte Systeme gekennzeichnet. Medienbrüche zwischen den einzelnen Systemen verhindern eine durchgängige Informationsverarbeitung. Dadurch werden Qualität und Geschwindigkeit negativ beeinflußt. Um durchgängige Informationsflüsse zu realisieren, muß häufig der Grad der Rechnerunterstützung erhöht werden. Mit zunehmender Rechnerunterstützung erhöht sich jedoch der Kommunikationsbedarf der eingesetzten Systeme. Eine Realisierung des Informationsaustauschs auf der Basis von Kopplungslösungen stößt schnell an ihre Grenzen, da die Anzahl der notwendigen Kopplungsbausteine überproportional wächst, Informationen aus verscheidenen Systemen nicht immer überführbar sind und die Pflege bzw. Gewährleistung der Konsistenz einer Vielzahl zum Teil redundanter Datenbasen zunehmend schwieriger wird. Diese Situation soll durch die Einführung von Prozeßketten überwunden werden.
  • Publication
    Leistungssteigerung der Produktionsvorbereitung
    ( 1992)
    Krause, F.-L.
    Die Leistungssteigerung der Produktionsvorbereitung ist eine multidimensionale Zielsetzung, bei deren Umsetzung Methoden aus unterschiedlichen Bereichen zusammenwirken müssen, um eine optimale Leistungssteigerung zu erreichen. Bei der Schaffung leistungssteigernder Informationsstrukturen steht insbesondere die Flexibilität und Aktualität im Vordergrund, um die Wettbewerbsfähigkeit bei sich ständig ändernden Marktanforderungen langfristig zu sichern. Besonders vielversprechende Konzepte stellen in diesem Zusammenhang das Segmentierte Totale Produktmodell, das Simultaneous Engineering und die Informationsrückführung durch den Feedbackansatz dar. Neben der Schaffung leistungssteigernder Informationsstrukturen muß die Rechnerunterstützung auch um Funktionen für simultane und verteilte Vorgehensweisen erweitert werden, um eine weitere Verkürzung der Produktionsvorbereitungszeiten zu erreichen. Neben der Informationstechnik als Potential zur Leistungssteigerung der Produktionsvorbereitung dü rfen auch die Potentialbereiche Mensch, Organisation sowie Produkt- und Prozeßstrategie nicht vernachlässigt werden. Systeme zur produktorientierten und fabrikspezifischen Unterstützung einer fortschrittlichen Produktionsvorbereitung, die den steigenden Anforderungen an die Flexibilität genügen, werden auch zukünftig nich am Markt erhältlich sein. Einen vielversprechenden Lösungsansatz wird die benutzergetriebene Systementwicklung auf Basis von CASE-Tools bieten, die den Benutzer in die Lage versetzt, seine Systemumgebung auf der Grundlage verfügbarer Softwarebausteine, entsprechend den spezifischen Anforderungen, zu gestalten. Voraussetzung für den Einsatz von CASE-Tools zur Generierung dedizierter Anwendungssysteme für die Produktionsvorbereitung sind das Fabrikmodell, das Betriebsmittelmodell, eine rechnerinterne Beschreibung der verwendeten Basissysteme und eine detailierte Prozeßbeschreibung der Produktionsvorbereitung. Durch die Anwendung von CASE-Tools wird es zukünftig möglich