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PublicationDeformationsverhalten des elastischen Werkzeugsystems beim Bandschleifen(Fraunhofer Verlag, 2024)Das Bandschleifen besitzt aufgrund seiner großen Anpassungsfähigkeit an verschiedene Werkstückformen und -gestalten ein sehr breites Anwendungsspektrum. Allerdings sorgen, trotz der weiten industriellen Verbreitung und Anwendung, fehlende wissenschaftliche Erkenntnisse über die nicht-linearen Prozesszusammenhänge infolge elastischer Werkzeugsystemdeformationen während des Schleifprozesses dafür, dass industrielles Potential ungenutzt bleibt. Die Prozessauslegung orientiert sich dabei an empirischen Zusammenhängen und erfolgt in der Regel erfahrungsbasiert. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum weiterführenden Verständnis und zur grundsätzlichen modellbasierten Auslegung von Bandschleifprozessen, wodurch zukünftig vor allem die effiziente und ressourcenschonende Ausnutzung des Schleifbands gewährleistet werden kann. Ferner erlaubt der modulare Grey-Box-Ansatz die Erweiterung des bestehenden Prozessmodells durch empirische Erkenntnisse zu anderen Werkstoffen und Werkzeugsystemen nach dem in dieser Arbeit vorgestellten Vorgehen.
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PublicationEntwicklung und Analyse thermoelektrischer Temperiersysteme für Werkzeugmaschinen(Fraunhofer Verlag, 2024)Bei der spanenden Bearbeitung wird ein hoher Anteil der geometrischen Bauteilfehler durch thermisch bedingte Tool-Center-Point (TCP)-Verlagerungen der eingesetzten Werkzeugmaschinen (WZM) verursacht. Die Zielstellung dieser Arbeit besteht in einer Steigerung der thermischen Stabilität von WZM-Komponenten sowie in einer Reduktion von thermisch bedingten TCP-Verlagerungen durch bedarfsorientierte Temperierung. Als Lösungsansatz wird die Nutzung der Thermoelektrik in WZM fokussiert. Das entwickelte Adaptive Kühlsystem mit thermoelektrischen Generatoren vereint den Ansatz eines volumenstromgeregelten Kühlsystems mit der Nutzung systeminhärenter Energie durch Rekuperation thermischer Verluste. Das entwickelte Geregelte Temperiersystem mit Peltierelementen besitzt die Fähigkeit, durch eine Regelung des elektrischen Peltier-Stroms die Wärmeabfuhr und damit den thermischen Gesamtwiderstand des Kühlsystems lastabhängig anzupassen. Das System ermöglicht die Realisierung eines Kühl- und Heizbetriebs. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nutzung der Thermoelektrik zur Verbesserung des thermoelastischen Verhaltens von WZM einen vielversprechenden Lösungsansatz darstellt.
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Publication18. Berliner Runde. Neue Konzepte für Werkzeugmaschinen. Begleitband(Fraunhofer IPK, 2024)Der weltweite Bedarf an industriellen Produktionsgütern steigt rasant und führt unweigerlich zu einer Knappheit an endlichen Ressourcen. Der fortschreitende Klimawandel und internationale wirtschaftliche und politische Herausforderungen verschärfen diesen Trend zusätzlich. Als Teil einer fortschrittlichen Industriegesellschaft gestalten wir die Richtung für eine ressourceneffiziente und umweltgerechte Produktionstechnik und begegnen so gemeinsam den globalen Herausforderungen. In ihrer 18. Auflage thematisiert die Berliner Runde, das führende Forum für Werk-zeugmaschinenhersteller, Zulieferer und Endanwender, Lösungen und Schlüsseltechnologien für eine ressourceneffiziente und gerechte Produktion im Einklang mit Qualität, Produktivität und Kosten. Hochrangige Referentinnen und Referenten aus dem Werkzeugmaschinenbau, der Lieferkette sowie der Anwendung stellen aktuelle und zukünftige Entwicklungstrends der Werkzeugmaschinenbranche vor. Wissenschaftlerinnen und Experten des IWF der TU Berlin und des Fraunhofer IPK präsentieren u. a. innovative Fertigungs- und Maschinentechnologien, konkrete Ansätze für eine ressourcenschonende Produktion sowie digitale Lösungen aus der KI-unterstützten Prozessführung und -überwachung. Die vorgestellten Lösungsansätze bieten einen neuen Blickwinkel auf die Produktion von morgen und ermöglichen es Unternehmen, in dem vorherrschenden Spannungsfeld auch zukünf¬tig wirtschaftlich effizient zu agieren.
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PublicationValue co-creation through digital twins in decentralized data ecosystems( 2024)Digital twins (DT) have been seen as having the potential to revolutionize data management and are gaining importance in various industries. In this paper, we explore the concept of DTs in the context of decentralized data ecosystems and the role they can play in supporting value co-creation. In decentralized data ecosystems, such as Gaia-X, DTs provide the connection for various partners to create value together. However, since the area is still evolving, there are some challenges need to be addressed. This paper aims to provide a comprehensive understanding of the elements of the dataspace and a concept framework for implementing one, as well as the future implications for industries adopting such technologies, through a careful analysis of these elements and challenges.
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PublicationAdditive Manufacturing enabling advanced tool, die and mold making. Market and technology report 2022(Fraunhofer IPK, 2024)This international market and technology report is part of the activities of Fraunhofer IPK within FERA and presents a state of the art assessment regarding the adoption of Additive Manufacturing in industrial applications for tools, dies molds in Brazil and Germany.
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PublicationApplication of Hybrid Laser Arc Welding for Construction of LNG Tanks Made of Thick Cryogenic 9% Ni Steel Plates( 2023-10-18)Hybrid laser-arc welding (HLAW) was applied for butt welding of 14.5 mm thick plates of ferritic cryogenic steel X8Ni9 containing 9% Ni, which is used for manufacturing storage and transport facilities of liquefied natural gas (LNG). The weld seam formation and the achievable metallurgical and mechanical properties of the hybrid welds were investigated experimentally for two types of filler wire, an austenitic wire dissimilar to the base metal (BM) and an experimentally produced matching ferritic wire. Safe penetration and uniform distribution of the austenitic filler metal in the narrow hybrid weld could only be achieved in the upper, arc-dominated part of the weld. The pronounced heterogeneous distribution of the austenitic filler metal in the middle part and in the root area of the weld could not ensure sufficient notched impact toughness of the weld metal (WM). As a result, a decrease in the impact energy down to 17 ± 3 J was observed, which is below the acceptance level of ≥ 34 J for cryogenic applications. In contrast, the use of a matching ferritic filler wire resulted in satisfactory impact energy of the hybrid welds of up to 134 ± 52 J at the concerned cryogenic temperature of-196 °C. The obtained results contribute to an important and remarkable conversion in automated manufacturing of LNG facilities. In other words, the results will help to develop a new laser-based welding technology, where both quality and productivity are considered. The efficiency of the developed welding process has been demonstrated by manufacturing a prototype where a segment of the inner wall of large size LNG storage tank was constructed. In this concern, hybrid laser arc welding was conducted in both horizontal (2G) and vertical (3G) positions as a simulation to the actual onsite manufacturing. The prototype was fabricated twice where its quality was confirmed based on non-destructive and destructive examinations.
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PublicationThe Identification of a New Liquid Metal Embrittlement (LME) Type in Resistance Spot Welding of Advanced High-Strength Steels on Reduced Flange Widths( 2023-10-16)Liquid metal embrittlement (LME) cracking is a phenomenon observed during resistance spot welding (RSW) of zinc-coated advanced high-strength steels (AHSS) in automotive manufacturing. In this study, severe cracks are observed at the edge of the sheet under reduced flange widths. These cracks, traversing the AHSS sheet, culminate at the edge with a width of approximately 1.2 mm. Through combined numerical and experimental investigations, and material testing, these cracks are identified and validated as a new type of LME crack. The mechanism behind this crack formation is attributed to unique geometric conditions that, when compared to center welding, amplify radial material flow by ninefold to 0.87 mm. The resultant tangential tensile stresses approximate 760 MPa, which exceed the yield strength of the examined advanced high-strength steel (AHSS) under heightened temperature conditions, and when combined with liquid zinc, promote the formation of this new type of LME crack.
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PublicationKünstliche Neuronale Netze zur Qualitätsprognose von Funktional Gradierten Materialien im laserbasierten Directed Energy Deposition( 2023-09-25)
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PublicationOptimization of Segmented Thermal Barrier Coatings (s-TBCs) for High-Temperature Applications( 2023-08-29)Hot section components of stationary gas turbines, such as turbine blades and vanes, are coated with thermal barrier coatings (TBCs) to increase the component life. TBCs provide thermal insulation to the metallic components from hot gas in the gas turbines. The TBCs represent high-performance ceramics and are mainly composed of yttria-stabilized zirconia (YSZ) to fulfill the thermal insulation function. The microstructure of the TBCs should be porous to decrease heat conduction. Besides the porous TBCs, the subsequently developed vertically segmented thermal barrier coatings (s-TBCs) feature outstanding thermal durability. For the formation of this segmented coating microstructure, the YSZ should be deposited under high thermal tensile stress during the coating process. Therefore, substrates are heated just before the coating by plasma or in an oven in recent research. In this work, the development of process parameters for s-TBCs produced by atmospheric plasma spray (APS) without pre-heating is presented. Within the experiments, the relevant process parameters, such as plasma gases, powder feed rate, surface speed, and pathway strategy, have been optimized to achieve the segmented coating microstructure with high deposition efficiency by a conventional plasma torch. Furthermore, YSZ powders used in this study are characterized, and the effect of powder characteristics on the coating microstructure is investigated. The coating microstructure in this work aims to achieve the formation of a high number of vertical cracks with a combination of low internal residual stress and high adhesive tensile strength for the s-TBCs.
