Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Characterization of Ti-6Al-4V Fabricated by Multilayer Laser Powder-Based Directed Energy Deposition

2022 , Ávila Calderón, Luis Alexander , Graf, Benjamin , Rehmer, Birgit , Petrat, Torsten , Skrotzki, Birgit , Rethmeier, Michael

Laser powder-based directed energy deposition (DED-L) is increasingly being used in additive manufacturing (AM). As AM technology, DED-L must consider specific challenges. It must achieve uniform volume growth over hundreds of layers and avoid heat buildup of the deposited material. Herein, Ti-6Al-4V is fabricated using an approach that addresses these challenges and is relevant in terms of transferability to DED-L applications in AM. The assessment of the obtained properties and the discussion of their relationship to the process conditions and resulting microstructure are presented. The quality of the manufacturing process is proven in terms of the reproducibility of properties between individual blanks and with respect to the building height. The characterization demonstrates that excellent mechanical properties are achieved at room temperature and at 400 C.

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Influence of electron beam welding parameters on the weld seam geometry of Inconel 718 at low feed rates

2020 , Raute, Julius , Jokisch, Torsten , Marko, Angelina , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Ni-based superalloys are well established in various industrial applications, because of their excellent mechanical properties and corrosion resistance at high temperatures. Despite the high development stage and a common industrial use of these alloys, hot cracking remains a major challenge limiting the weldability of the materials. As commonly known, the hot cracking susceptibility during welding increases with the amount of precipitation phases. Hence, a large amount of highstrength Ni-Alloys is rated as non-weldable. A new approach based on electron beam welding at low feed rates shows great potential for reducing the hot cracking tendency of precipitation-hardened alloys. However, geometry and properties of the weld seam differ significantly in comparison to the common process range for practical uses. The aim of this study is to investigate the influence of welding parameters on the seam geometry at low feed rates between 1 mm/s and 10 mm/s. For this purpose, 25 bead on plate welds on a 12 mm thick sheet made of Inconel 718 are carried out. First, the relevant parameters are identified by performing a screening. Then the effects discovered are further studied by using a central composite design. The results show a significant difference between the analyzed weld seam geometry in comparison to the well-known appearance of electron beam welded seams.

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Schnell erholen dank Resilienz im Unternehmen

2020 , Knothe, Thomas , Scholz, Julia-Anne , Oertwig, Nicole , Petrusch, Natalie

Die aktuelle Corona-Pandemie ruft große Unsicherheiten hervor. Durch die Gefahr einer sogenannten ""zweiten Welle"" sehen sich produzierende Unternehmen gezwungen, jederzeit die Produktion herunterfahren und wieder hochfahren zu können. Mit dem schnell verfügbaren individualisierten Bewertungssystem ""Easy Ramp-Up Check"" sind Unternehmen in der Lage, vor, während und nach dem Wiederanlauf, Risiken zu identifizieren sowie passende Maßnahmen abzuleiten. Ergänzt durch das systematische Monitoring der kritischen Prozesse im interaktiven Lagebild, wird eine schnelle und resiliente Reaktion auf ungeplante Störgrößen ermöglicht.

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Porosity of LMD manufactured parts analyzed by Archmimedes method and CT

2018 , Marko, Angelina , Raute, Julius , Linaschke, Dorit , Graf, Benjamin , Rethmeier, Michael

Pores in additive manufactured metal parts occur due to different reasons and affect the part quality negatively. Few investigations on the origins of porosity are available, especially for Ni-based super alloys. This paper presents a new study to examine the influence of common processing parameters on the formation of pores in parts built by laser metal deposition using Inconel 718 powder. Further, a comparison between the computed tomography (CT) and the Archimedes method was made. The investigation shows that CT is able to identify different kinds of pores and to give further information about their distribution. The identification of some pores as well as their shape can be dependent on the parameter setting of the analysis tool. Due to limited measurement resolution, CT is not able to identify correctly pores with diameters smaller than 0.1 mm, which leads to a false decrease in overall porosity. The applied Archimedes method is unable to differentiate between gas porosity and other kinds of holes like internal cracks or lack of fusion, but it delivered a proper value for overall porosity. The method was able to provide suitable data for the statistical evaluation with design of experiments, which revealed significant parameters on the formation of pores in LMD.

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Steigerung der Energieeffizienz mittels Energiekennzahlen am Beispiel der Metallverarbeitung

2022 , Sigg, Stefan , Kühn, Armin , Schmidt, Alexander , Roder, Sven , Thiele, Gregor , Krüger, Jörg

Die Energiewende und die einhergehende Forderung nach Effizienzsteigerungen stellen produzierende Unternehmen vor betriebliche und technische Herausforderungen. Methoden und Technologien des Energiemanagements gewinnen damit auch im Mittelstand an Relevanz. Dabei sind Kennzahlen ein Schlüssel, um die aktuelle Energieeffizienz einzuschätzen und Potenziale für Einsparungen zu identifizieren. Der Artikel dokumentiert Erfahrungen der Anwender mit Bezug auf Konzepte aus der Wissenschaft, um Interessierten aus der Industrie den Einstieg in das Thema zu erleichtern.

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UrbanTSN - Automatisierung mit Echtzeit-Internet

2020 , Chemnitz, Moritz , Wolff, Tobias , Vick, Axel

Die individualisierte Massenproduktion mit hochgradig wandelbaren Produktionskapazitäten erfordert das Umdenken auch in der Steuerungstechnik. Das Ziel der Auftragsforschung im Projekt UrbanTSN ist die Ablösung der starren Liniensteuerung klassisch hierarchischer Fabrikautomatisierung durch eine mit Docker und Codesys virtualisierte, mit USDL und WSDL flexibel orchestrierte und damit ad hoc skalierbare Online-Steuerungstechnik. Diese Entwicklung auf dem Gebiet der Industrie 4.0 verbindet erfolgreich die Errungenschaften der fortgeschrittenen IKT-Welt mit den anspruchsvollen Anforderungen der industriellen Produktionslandschaft.

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Verbundprojekt SmartStream: Intelligente Bearbeitung durch die Verwendung schaltbarer Fluide

2019 , Schmiedel, C. , Bierwisch, C. , Uhlmann, E. , Menzel, P. , Mohseni-Mofidi, S. , Breinlinger, T. , Nutto, C.

Strömungsschleifen und Hydroerosiv (HE)-Verrunden sind einzigartige Verfahren, die sich dadurch auszeichnen, dass sie funktionelle Oberflächen im Inneren eines Bauteils bearbeiten können, die sonst mechanisch nicht zugänglich sind. Jedoch unterliegen die Verfahren Begrenzungen aufgrund der Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik. Daher können die Verfahren nicht bei allen Anwendungen für eine technisch sowie wirtschaftlich sinnvolle Bearbeitung genutzt werden. Im Verbundprojekt SmartStream werden Möglichkeiten zur Überwindung bisher geltender Verfahrensgrenzen untersucht. Zur lokalen Beeinflussung der Zerspanungsleistung der auf die Oberflächen wirkenden Abrasivmedien werden diese durch ein externes magnetisches Feld schaltbar gemacht. Mit Hilfe des angelegten Magnetfeldes lassen sich zum einen strömungsmechanisch ungünstig gelegene Bereiche des Werkstücks bearbeiten und zum anderen die Zeitspanvolumina lokal gezielt steuern. Im vorliegenden Beitrag werden erreichte Entwicklungsziele am Beispiel des Strömungsschleifens vorgestellt.

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Integration von ISO 9001:2015 und Ganzheitlichen Produktionssystemen

2020 , Kohl, Holger , Neumann, Konstantin

Ganzheitliche Produktionssysteme und Qualitätsmanagementsysteme nach DIN EN ISO 9001 : 2015 finden sich in zahlreichen Organisationen. Dabei wird das Potenzial beider Systeme nicht ausgeschöpft, wenn diese getrennt voneinander betrachtet werden. Durch die Nutzung etablierter Methoden Ganzheitlicher Produktionssysteme können gleichzeitig Normforderungen erfüllt und Potenziale dieser Methoden genutzt werden. Es wird daher in diesem Beitrag gegenübergestellt, welche Methoden geeignet sind, um die Anforderungen der ISO 9001 zu erfüllen.

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Hybrid laser arc welding of thick high-strength pipeline steels of grade X120 with adapted heat input

2020 , Üstündag, Ömer , Gook, Sergej , Gumenyuk, Andrey , Rethmeier, Michael

The influence of heat input and welding speed on the microstructure and mechanical properties of single-pass hybrid laser arc welded 20 mm thick plates of high-strength pipeline steel X120 were presented. The heat input was varied in the range of 1.4 kJ mm-1 to 2.9 kJ mm-1, while the welding speed was changed between 0.5 m min-1 and 1.5 m min-1. A novel technique of bath support based on external oscillating electromagnetic field was used to compensate the hydrostatic pressure at low welding velocities. A major advantage of this technology is, that the welding speed and thus the cooling time t8/5 can be variated in a wide parameter window without issues regarding the weld root quality. The recommended welding thermal cycles for the pipeline steel X120 can be met by that way. All tested Charpy-V specimens meet the requirements of API 5 L regarding the impact energy. For higher heat inputs the average impact energy was 144 ± 37 J at a testing temperature of -40 °C. High heat input above 1.6 kJ mm-1 leads to softening in the weld metal and heat-affected-zone resulting in loss of strength. The minimum tensile strength of 915 MPa could be achieved at heat inputs between 1.4 kJ mm-1 and 1.6 kJ mm-1.

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In-Situ-Kraftmessung bei variablen Werkzeugwinkeln

2019 , Uhlmann, Eckart , Uhlemann, Sebastian , Kochan, Jaroslaw

Werkzeugentwicklungen sind von iterativen Anpassungen und aufwendigen Versuchsreihen mit einer Vielzahl von Prototypen geprägt. In einem Forschungsprojekt wurde ein sensorisch instrumentiertes Fräswerkzeug mit verstellbaren Schneiden entwickelt und mittels SLM (Selective Laser Melting) aufgebaut. Mit dieser Entwicklung liegt ein Instrument vor, das im Fräsprozess unmittelbar an den Schneiden Belastungen erfassen kann und durch nachgestellte FEM (Finite Elemente Methode)-Analysen und Optimierungsroutinen ein enormes Potenzial für die Auslegung optimierter Werkzeuggeometrien bietet.

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