Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Filters

10
1
Reset filters

Settings
Now showing 1 - 10 of 10
  • Publication
    Einfluss des Post-Processings auf laserstrahlgeschmolzene Bauteile am Beispiel von ß-Titanlegierungen
    (Fraunhofer Verlag, 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.
  • Publication
    Einsatzverhalten keramischer Fräswerkzeuge bei der Zerspanung von glas- und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen
    (Fraunhofer Verlag, 2020)
    Stawiszynski, Bartek
    Durch die Forderungen der Anwendung alternativer Antriebe beziehungsweise energieeffizienter Leichtbaustrukturen sind moderne Hochleistungswerkstoffe wie Faserverbundkunststoffe (FVK) verstärkt in den Fokus gerückt. Diese Materialien bestehen aus Verstärkungsfasern, wie beispielsweise Kohlenstoff- oder Glasfasern, die in einer Kunststoffmatrix gebunden sind. Durch das ungünstige Verschleißprofil von Hartmetallwerkzeugen kommt es zu signifikanten Qualitätsminderungen an den gefertigten Bauteilen, die nur durch manuelle Nacharbeit kompensiert werden können. Hierdurch sinkt die Produktivität. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Potentials des Schneidstoffs Siliziumnitrid beim Umrisskantenfräsen von glas- und kohlefaserverstärkten Kunststoffen, die in den Bereichen Automotive, Aerospace und Energy zunehmend Anwendung finden. Spezifische Siliziumnitrid-Schneidstoffe werden systematisch hinsichtlich der Ausbildung mikro- und makrogeometrischer Werkzeuggeometrien, der Wechselwirkung mit CVD-Diamantbeschichtung und dem daraus resultieren Verschleißverhalten analysiert. Ferner wird das prozess- und verschleißbedingte Einsatzverhalten der entwickelten Vollkeramikfräswerkzeuge sowie die resultierenden Umrisskantenqualitäten bei den verwendeten FVK-Bauteilen im Automotivebereich bewertet.
  • Publication
    Prototyping von Produkt-Service Systemen und Smart Services in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses
    (Fraunhofer Verlag, 2019)
    Exner, Konrad
    Aus politischer und wirtschaftlicher Sicht wurden in den letzten Dekaden zwei Treiber eines notwendigen Wandels fokussiert: Zum einen die systematische Unterstützung des gesamtwirtschaftlichen Trends hin zu einer Dienstleistungsgesellschaft, zum anderen die Digitalisierung und Automatisierung der Industrie zur Steigerung der Qualität und Effizienz. Die Evolution und Synthese dieser beiden Perspektiven führte zur Verbreitung und Akzeptanz ganzheitlicher Leistungsangebote sowie der damit einhergehende Bedarf der Wirtschaft diese Produkt-Service Systeme (PSS) erfolgreich zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit fokussiert dazu die frühe Phase des Entstehungsprozesses und adressiert Lösungen, die es ermöglichen erste Konzepte von PSS mittels innovativer Prototypen für die am Prozess beteiligten Stakeholder erlebbar und bewertbar zu machen. Zudem befähigt die Methode die Konzeptionierung von Smart Services. Beide Lösungen sind synergetisch in einer ganzheitlichen Entwicklungsvorgehensweise verortet und bieten somit die Möglichkeit einer systematischen Entwicklung. Die entwickelten Ergebnisse befähigen die digitale Transformation der Unternehmen im Zeitalter der Digitalisierung.
  • Publication
    Liquid Metal Embrittlement of Advanced High Strength Steels during Resistance Spot Welding
    (Fraunhofer Verlag, 2019)
    Frei, Julian
    Neue Stahlwerkstoffe mit verbesserten Materialeigenschaften stellen die etablierten Schweißverfahren vor neue Herausforderungen. Während des Widerstandspunktschweißens hochfester Stähle wird teilweise flüssigmetallinduzierte Rissbildung (liquid metal embrittlement) beobachtet. Eine qualitativ hochwertige, rissfreie Punktschweißverbindung liegt im Interesse der gesamten metallverarbeitenden Industrie. Vor allem jedoch in Bereichen hochbeanspruchter bzw. sicherheitsrelevanter Bauteile und Konstruktionen wie zum Beispiel Automobilkarosserien wird hierauf besonderen Wert gelegt. Das Phänomen liquid metal embrittlement (LME) bietet ein weites Spektrum an Fragestellungen aus der Ingenieurs- bzw. der Forscherperspektive. Es handelt sich dabei um ein komplexes Zusammenwirken verschiedener Prozesse, deren Kombination letztendlich zur Rissentstehung führt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, anwendungsrelevante Einflussfaktoren zu untersuchen, um einerseits das Prozessverständnis zu verbessern, und andererseits potentielle Abhilfemaßnahmen aufzuzeigen.
  • Publication
    Ultrapräzisionsverfahren zur Erhöhung der Güte abbildender Beugungsgitter
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Kühne, Stefan
    Die optische Spektroskopie umfasst Methoden, mit denen die spektrale Intensitätsverteilung elektromagnetischer Strahlung ermittelt werden kann. Zum Aufbau kompakter Spektrometer werden optische Elemente benötigt, die dispergierende und abbildende Eigenschaften in einer Oberfläche vereinen. Die Herstellung solcher Optiken erfordert Fertigungsmethoden, die den hohen Güteanforderungen diffraktiver Optiken gerecht werden. Ziel der Arbeit ist die Optimierung der Form- und Feingestalt mechanisch gefertigter Beugungsgitter mit starker Krümmung. Im Fokus der Untersuchungen stehen das Stoßen und das Furchen auf einer modifizierten Ultrapräzisionsmaschine. Auf Basis von Parameterstudien und am Beispiel praxisnaher Anwendungen wurden die Prozesse optimiert und validierte Prozessmodelle zur Verfügung gestellt. Zur weiteren Optimierung der Güte wurde ein Atomstrahlätzverfahren verwendet. Die Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Güte ultrapräzise gefertigter Beugungsgitter. In Ergänzung zur Interferenzlithografie stellen die bereitgestellten Fertigungsverfahren eine wirtschaftliche Erweiterung hinsichtlich der Nutzung flexibler Freiheitsgrade und der Materialauswahl dar.
  • Publication
    Entwicklung eines hochauflösenden wellenlängendispersiven Spektrometers für den Spektralbereich harter Röntgenstrahlung
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Holfelder, Ina
    Zur Charakterisierung von neuen Materialien und Ermittlung der Spezies stehen aufgrund schneller Forschungs- und Entwicklungszyklen in der Nanoelektronik zumeist keine Referenzmaterialien zur Verfügung. Mit kalibrierten, wellenlängendispersiven Detektionssystemen ist eine referenzprobenfreie Spektroskopie möglich, allerdings werden diese Spektrometer aktuell aufgrund ihrer geringen Effizienz und ihrer Baugröße mit Synchrotronstrahlung als Anregungsquellen eingesetzt. Deshalb war es Ziel dieser Arbeit, ein kompaktes, kalibrierbares Detektionssystem zu entwickeln, welches hohe Effizienz bei gleichzeitig hohem Auflösungsvermögen bietet. Durch ein neues Dispersionskonzept, die Doppel-Bragg-Reflexion, bei dem zwei Vollzylinderoptiken im Strahlengang eingesetzt werden, können ein kompaktes Design und ein hohes Auflösungsvermögen realisiert werden. Das entwickelte Spektrometer ermöglicht die chemische Speziation im Energiebereich von 2,4 keV bis 18 keV. Die Arbeit liefert einen Beitrag zur Kommerzialisierung von hochauflösenden, kompakten Detektionssystemen, die effizient und referenzprobenfrei die Charakterisierung von Materialien ermöglichen.
  • Publication
    Finishbearbeitung technischer Oberflächen aus gehärtetem Stahl unter Verwendung von Rundbürsten mit Schleiffilamenten
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Hochschild, Leif
    Die Eigenschaften tribologischer Systeme lassen sich unter anderem durch die Gestalt der interagierenden Oberflächen signifikant beeinflussen, sodass bei der Fertigung hochbeanspruchter Bauteile häufig Finishingverfahren zum Einsatz kommen. Etablierte Finishingverfahren sind jedoch mehrheitlich unflexibel. Bürstwerkzeuge mit Schleiffilamenten lassen sich hingegen zumeist unproblematisch in handelsübliche Werkzeugmaschinen integrieren und zeigen ein hohes Potenzial für die flexible Finishbearbeitung von technischen Oberflächen. Dem hohen industriellen Potenzial der Bürsttechnologie stehen jedoch vergleichsweise geringe wissenschaftlich fundierte Kenntnisse über die Wirkzusammenhänge bei der Bearbeitung gegenüber. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit der Einfluss unterschiedlicher Bürstenspezifikationen auf werkzeugbeschreibende Kenngrößen sowie das Einsatzverhalten von variierten Bürsten mit Schleiffilamenten bei der Finishbearbeitung analysiert. Dazu werden zunächst einzelne Schleiffilamente und anschließend unterschiedliche Rundbürsten untersucht, charakterisiert und weiterführende technologische Untersuchungen an Stahlbauteilen durchgeführt und interpretiert.
  • Publication
    Einflussfaktoren der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf fertigungsrelevante Materialeigenschaften medizintechnischer Kunststoffe
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Mankiewicz, Johannes
    Durch seine chemischen und physikalischen Vorteile hat sich Kohlendioxid in der Verfahrens- und Produktionstechnik in verschiedenen Anwendungen etabliert. Der reinigungstechnische Einsatz ist aktuell noch auf das Trockeneis- und CO2-Schneestrahlen beschränkt. Bei der Imprägnierung und Färbung von Kunststoffen gehört es zum etablierten Stand der Technik. Die Anwendung der flüssigen Phase des Kohlendioxids für die Lösemittelreinigung hat sich in der industriellen Praxis noch nicht durchsetzen können. Vor diesem Hintergrund besteht ein besonderes Potential der Technologie für medizintechnische Produktionsprozesse zur rückstandsfreien Reinigung von Kunststoffen, ohne eine anschließende Trocknung. Die vorliegende Arbeit fokussiert sich auf die Erarbeitung von Erkenntnissen zum Einfluss der Reinigung mit flüssigem Kohlendioxid auf die konstruktions- und fertigungstechnischen Materialeigenschaften von medizintechnischen Kunststoffen. Dazu werden aus der Gruppe der Elastomere sowie der amorphen und teilkristallinen Thermoplaste Kunststoffe im Rahmen des entwickelten Versuchsprogramms zum Einfluss der Reinigungszeit sowie der Parametrisierung des Übergangs zwischen Prozess- und Umgebungsbedingungen untersucht. Dies erlaubt die Beschreibung signifikanter Eigenschaftsänderungen der Materialien hinsichtlich der Gravimetrie, Geometrie, Zugfestigkeit, Oberflächenhärte und Quellung. Die dadurch erlangten Erkenntnisse erweitern das Prozessverständnis zur reinigungstechnischen Anwendung von flüssigem Kohlendioxid und erlauben die Ableitung von grundsätzlichen Anwendungshinweisen für den angestrebten Einsatz in der Praxis.
  • Publication
    Steigerung des Formänderungsvermögens der Magnesiumlegierung AZ31 bei Raumtemperatur unter Nutzung der elektro-magnetischen Umformung
    (Fraunhofer Verlag, 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.
  • Publication
    Agentenbasierte Automatisierung des Betriebs Industrieller Produkt-Service Systeme
    (Fraunhofer Verlag, 2016)
    Raue, Niels
    Die wirtschaftliche Bearbeitung von Nickelbasis-Legierungen gehört zu einer der herausforderndsten Aufgaben in der Fertigungstechnik. Moderne Schneidkeramiken haben in den vergangenen Jahren vielfach bewiesen, dass sie bei der Bearbeitung von Nickelbasis-Legierungen die Produktivität signifikant steigern können. Insbesondere Sialon-Keramik und Whisker-Keramik haben sich mittlerweile in Form von Wendeschneidplatten im Turbinenbau etabliert. Schaftwerkzeuge sind bisher jedoch nicht in diesen Schneidstoffen verfügbar. Die Bereitstellung keramischer Schaftfräswerkzeuge stellt damit einen wichtigen Beitrag zur kontinuierlichen Senkung von Herstellungskosten im Turbinenbau dar. Dieser Themenstellung widmet sich die vorliegende Arbeit. Es werden Werkzeuggeometrien entwickelt, Prozessumgebungen beschrieben sowie Betrachtungen zur Reduzierung von Hauptzeiten am Beispiel einer Turbinenleitschaufel durchgeführt, die wichtige Impulse für die industrielle Anwendung liefern. Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Werkzeugverschleiß sowie der Simulation von Spannungsverteilungen eröffnen Ansatz-punkte für weiterführende wissenschaftliche Arbeit.