Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Laser Surface Texturing of Ti6Al4V Alloy for the Reduction of Peri-implantitis

2023 , Souza Schweitzer, Luiz Guilherme De

Within the scope of the present work, a novel laser texturing processing to optimize the surface characteristics of dental titanium implants is developed. The treatment with ultrashort pulsed laser for the surface texturing shows promising results to prevent implant-associated infections on dental implants. On the one hand, this is achieved by reducing the biofilm formation of the pioneer bacteria Streptococcus. The reduction of biofilm formation on the surface avoids the proliferation of pathogen bacteria responsible for the peri-implantitis disease. On the other hand, the host tissue integration is achieved through the adhesion of human MSCs, allowing the maintenance of biocompatibility. The investigation of both aspects within the same framework conditions comprises a method to assess the technology developed to prevent the occurrence of peri-implantitis cases without compromising the biocompatibility of the implant.

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Herstellung definierter Werkzeugmikrogeometrien an Mikrofräswerkzeugen und deren Einfluss auf die Zerspanung spröder und duktiler Werkstoffe

2023 , Kuche, Yves

Einen Ansatz, um die Prozessstabilität und Produktivität beim Mikrofräsen zu steigern, bietet die gezielte Schneidkantenpräparation durch das Verfahren Tauchgleitläppen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, erweitertes Prozesswissen zur Herstellung werkstoffspezifischer Werkzeugmikrogeometrien bereitzustellen. Zunächst wurden die Einflussfaktoren und Stellgrößen definiert und gezielt untersucht. Dabei konnte insbesondere der aus den Prozessparametern resultierende Läppdruck näher betrachtet sowie ein Einfluss des Keilwinkels und der Hartmetallzusammensetzung bestimmt werden. Weiterhin wurde durch den Einsatz der Diskrete Elemente Methode (DEM) ein Modell zur numerischen Analyse des Tauchgleitläppens vorgestellt. Es wurden die Effekte moderner Werkzeugbeschichtungen auf die Werkzeugmikrogeometrie untersucht und die Mikrofräswerkzeuge für die Fräsbearbeitung von Feinkorngraphit sowie der bleifreien Kupferlegierung CuZn21Si3P eingesetzt. Als Ergebnis konnte der Einfluss der Schneidkantenrundungen und Schartigkeitskennwerte auf die resultierende Oberflächenrauheit, die Aktivkräfte, den Werkzeugverschleiß und die Kantenqualität der bearbeiteten Werkstücke quantifiziert werden.

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CFK-Module zur adaptronischen Kompensation thermisch induzierter Winkelverlagerungen an Werkzeugmaschinen

2022 , Marcks, Philipp

Thermische Verlagerungen an Werkzeugmaschinen sind bis heute ein unmittelbar qualitätsbeeinflussendes Kriterium. In Abhängigkeit der Werkzeugmaschinenstruktur sind diese mitunter sehr schwer bis gar nicht kompensierbar. Eine Methode, thermisch induzierte Winkelverlagerungen unabhängig von der Anzahl der angetriebenen Achsen zu kompensieren, wird im Rahmen dieser Arbeit untersucht und im Ergebnis als adaptronisches System vorgestellt.

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Prototyping von Produkt-Service Systemen und Smart Services in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses

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.

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Automatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff

2023 , Thiele, Gregor

Industrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.

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Geschäftsmodellentwicklung in KMU

2022 , Steinhöfel, Erik

Einzelne Innovationen auf Ebene von Produkten, Prozessen und Geschäftsmodellen verlieren für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zunehmend an Bedeutung. Vor diesem Hintergrund stellt diese Arbeit eine erprobte, praxisorientierte Methode bereit, um die komplexe Aufgabe der kontinuierlichen Geschäftsmodellentwicklung systematisch und strukturiert in kleinen und mittleren Unternehmen umzusetzen.

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Methodik zur modellbasierten Systemarchitekturdefinition von Smart-circular Product-Service Systems

2022 , Halstenberg, Friedrich Andreas

Induziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart-circular Product Service Systems (Smart-circular PSS). Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Aufbauend auf gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde anhand von fünf Studien evaluiert und erprobt.

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Konzept und Lösungen für automatische Produktdatenverwaltung

2023 , Fresemann, Carina

Produktdatenverwaltungssysteme entstanden, um CAD Daten in größeren Unternehmen und deren Kollaborationsumgebung geordnet abzulegen und für die weitere Verwendung zu kennzeichnen. In der Folge wurden die initial geschaffenen Datenbanken um immer weitere Elemente wie Workflow Managementsysteme, das Anforderungs- oder das Projektmanagement erweitert. Der Kern der Applikationen wurde jedoch lediglich in Ansätzen neu konzipiert. Gleichzeitig bieten in der Zwischenzeit verfügbare IT-Methoden des Maschinellen Lernens und der natürlichen Sprachverarbeitung Potentiale, um konventionelle Datenverwaltungssysteme neu zu gestalten. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die grundlegenden Bedarfe und Aufgaben innerhalb des PDM Systems durch Maschinelles Lernen und natürliche Sprachverarbeitung zu automatisieren. Die Autorin bettet diese exemplarisch angewendeten Technologien in ein Gesamtkonzept ein. Die Arbeit fokussiert die Erfassung der Daten aus Sicht von Entwicklungsingenieuren. Damit leistet das neue PDM Konzept einen Beitrag, um die Datenqualität und damit in der Folge die Akzeptanz und Nutzung von PDM Werkzeugen zu verbessern.

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Microstructure and Mechanical Properties of Refill Friction Stir Spot Welding of AM50 Cast Magnesium Alloy

2022 , Fu, Banglong

Magnesium (Mg) alloys have been considered as an important material in aerospace, sport, electrical, railway systems and, most importantly, in automotive industry, which comprises 80% of Mg usage. In order to enlarge its usage, appropriate welding methods should be investigated. Refill friction stir spot welding (refill FSSW) is a novel solid-state welding technology. Due to the significant merits of keyhole-free weld, improved mechanical properties, etc., it has been successfully used for the welding of Al-based similar and dissimilar combinations. However, studies concerned with Mg alloys are limited. The feasibility of refill FSSW of casting Mg alloy AM50 was investigated firstly. Defect-free welds with flat surface and high performance were obtained successfully. Moreover, a modified method, differential rotation refill FSSW (DR-refill FSSW), was developed. DR-refill FSSW provides a new and effective strategy for improving the performance of spot welds based on microstructural engineering.

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Maschine und Technologie für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum zur Herstellung von Mikrostrukturen

2022 , Perfilov, Ivan

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt die Entwicklung eines neuartigen Maschinenkonzepts für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum. Die Maschine verfügt über einen für die Trockenfunkenerosion entwickelten IsoPuls-Relaxationsgenerator, welcher die Variabilität und Steuerbarkeit eines statischen Generators mit der hohen Entladefrequenz sowie geringen Entladeenergien von Relaxationsgeneratoren kombiniert, sowie auch über eine technologisch optimierte Maschinensteuerung. Die technologischen Untersuchungen und erzielten Erosionsergebnisse zeigen die Eignung des vorgestellten Maschinenkonzepts sowie das Anwendungspotenzial der Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum für den Einsatz in der Mikroproduktion. Damit liefert diese Arbeit nicht nur einen Beitrag zum besseren Prozessverständnis der Trockenfunkenerosion, sondern zeigt auch eine Vorgehensweise auf, wie ein innovatives Maschinenkonzept und die zugrunde liegende Technologie zu realisieren sind.

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