Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • 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
    Ortsabhängiges Verschleißmodell für das Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik
    (Fraunhofer Verlag, 2019)
    List, Michael
    Die Form von Werkstücken lässt sich insbesondere beim Doppelseitenplanschleifen mit Planetenkinematik (DPMP) wesentlich durch die makroskopische Form der verwendeten Schleifscheiben beeinflussen. Die charakteristische Kinematik des DPMP führt allerdings zu ortsabhängigen Belastungen der Schleifscheibe, die sich während der Bearbeitung als Profilverschleiß auf der Schleifscheibe ausbilden und somit die Formqualitäten der Werkstücke reduzieren können. Um dem Profilverschleiß entgegenzuwirken ist regelmäßiges Abrichten zur Wiederherstellung ebener Schleifscheiben unabdingbar. Trotz der weiten industriellen Verbreitung des DPMP existieren jedoch vergleichsweise geringe wissenschaftlich fundierte Kenntnisse hinsichtlich der Wirkzusammenhänge beim DPMP. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit der Einfluss verschiedener Stellgrößen auf den Schleifscheibenverschleiß beim DPMP analysiert und darauf aufbauend Prozessmodelle entwickelt. Mit Hilfe dieser Modelle werden Schleifscheiben mit reduziertem ortsabhängigem Profilverschleiß ausgelegt und deren verbessertes Einsatzverhalten in technologischen Untersuchungen analysiert und nachgewiesen.
  • Publication
    Merkmalbasiertes Nutzerunterstützungssystem für die Erfassung von Bauteilen mittels industrieller Computertomographie
    (Fraunhofer Verlag, 2019)
    Sawczyn, Nikolas
    Die vorliegende Dissertation widmet sich dem Ansatz, die computertomographische Erfassung von Bauteilen zu automatisieren und demnach das Verfahren für den Einsatz innerhalb der digital integrierten Produktion zu befähigen. Hierzu wird ein auf CAD-Daten basierendes Konzept zur CT-spezifischen Bereitstellung von Aufnahmeparametern erarbeitet. Das nichtlineare Beschreibungsmodell ermöglicht eine messobjektspezifische Optimierung der Aufnahmeparameter hinsichtlich der Auflösung oder der Messzeit. Durch vollfaktorielle Versuchspläne und CT-spezifische Prüfkörper aus unterschiedlichen Werkstoffen wird eine hinreichende Datenbasis generiert. Darauf aufbauend wird ein empirisches Modell gebildet, welches der merkmalbasierten Abschätzung der Messunsicherheit dient. Eine Implementierung einer Schnittstelle nach dem DMIS-Standard ermöglicht die direkte Anbindung an kommerzielle Mess- und Auswertesoftware.
  • Publication
    Endkonturnahe Schruppbearbeitung von Titanaluminid mittels Wasserabrasivstrahlen mit kontrollierter Schnitttiefe
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Faltin, Fabian
    Intermetallische Titanaluminid-Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden thermomechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringer Dichte weithin als eine mögliche Werkstoffgruppe für den Einsatz im Turbomaschinenbau betrachtet. Trotz der hervorragenden Eigenschaften ist der serientechnische Einsatz dieser Legierung bislang ausgeblieben. Der Hauptgrund ist hierbei unter anderem in der schwierigen Bearbeitbarkeit mit konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Fräsen oder Drehen zu sehen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wasserabrasivstrahltechnologie für eine werkstoffeffiziente, endkonturnahe Schruppbearbeitung dieser schwer zerspanbaren Werkstoffe nutzbar gemacht. Mit Hilfe statistischer Versuchsplanungsmethoden wurden hierzu Regressionsmodelle abgeleitet, mit denen Schnitte mit definierter und vorhersagbarer Tiefe in Werkstücke eingebracht werden können, deren Überschneidung zur Entfernung von Segmenten aus Halbzeugen genutzt werden können. Anhand von Hochgeschwindigkeitskameraaufnahmen wurden zudem die Effekte, die zu Unebenheiten im Kerbgrund führen können, grundlegend untersucht und Bearbeitungsstrategien zu dessen Vermeidung vorgestellt.
  • Publication
    The Working Posture Controller: Automated adaptation of the workpiece pose to enable a neutral working posture
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Nguyen, The Duy
    Although modern automation technology has succeeded in replacing much of the workforce in factories, there are scenarios where full automation cannot be realised. Experienced human workers are able to adapt to new tasks in a short time and possess cognitive and sensorimotor skills that cannot easily be imitated by machines. However, maintaining the health of the workforce is a challenge. One fundamental risk factor for these disorders is work that requires awkward postures. Extensive research has been conducted into preventing this issue. The solutions proposed thus far have achieved a significant improvement of the situation. However, implementing the most effectual solutions is labour-intensive and impairs the flexibility of the production line. This thesis strives to bridge this trade-off. Herein, the Working Posture Controller (WPC) was proposed. The WPC is an assistance system, which automatically monitors the worker's posture when performing a task at hand. In the case of an ergonomically unfavourable situation, the device proposes a re-adjustment of the workplace layout, enabling the worker to perform the same task while maintaining an ergonomically superior posture.
  • Publication
    Methodology for the in-process evaluation of software-based process failures in Selective Laser Melting machine tools
    (Fraunhofer Verlag, 2018)
    Pastl Pontes, Rodrigo
    The intense use of Additive Manufacturing technologies, especially Selective Laser Melting (SLM), to produce complex functional components by several sectors of the industry evidenced that current machines are not able to ensure the product quality. The results are affected by failures occurred in manufacturing processes caused, for instance, by the controller software. Such failures influence either the time to manufacture a component or its final quality. Current system validation methodologies are not adapted to SLM machines and, therefore, they are not effective. Within this context, this dissertation focused on the development of a methodology to evaluate process failures originated by the software of SLM machines in order to measure the machine quality. For this purpose, a process map for the machine was described, Key Performance Indicators were designed, and the Conformance Timed Automata Effect Analysis (ConTEA) testing methodology was developed. By using ConTEA, models with functioning scenarios are created, the tests can be generated and applied to the SLM machine software, failures can be tracked and the machine quality can be assessed.
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    Wissensbasierte Entwicklung nachhaltiger Produkte
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Lindow, Kai
    Basierend auf umfangreichen Analysen wird sowohl der wissenschaftliche Forschungsbedarf als auch der industrielle Handlungsbedarf für eine neue Vorgehensweise zur Entwicklung nachhaltiger Produkte beschrieben - unter Berücksichtigung der Ebenen Prozess und Organisation, Entwicklungsaktivitäten und -methoden, Informationstechnologien und Werkzeuge sowie Informationsartefakte und -standards. Diese Ebenen sind integrativ zu betrachteten und erfordern ein ideales Zusammenspiel. Vor diesem Hintergrund wird ein neues Vorgehensmodell vorgeschlagen, das so genannte Regelkreise zur Verbesserung der Konstruktion, zur verbesserten Bewertung des Konstruktionsmodells und letztendlich zur verbesserten Entscheidungsfindung beinhaltet. Das neue Vorgehensmodell wird konzeptionell beschrieben und exemplarisch umgesetzt. Es unterstützt Produktentwicklerinnen und -entwickler gezielt darin, ihrer Verantwortung für eine nachhaltige Entwicklung nachzukommen und Produkte über den gesamten Lebensweg ressourcenschonend, umweltfreundlich und sozialverträglich zu gestalten. Zugleich macht es den Einfluss deutlich, den die Produktentwicklung auf die Nachhaltigkeit eines Produktes hat.
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    Simulationsmodell als Basis zur Ableitung von Zerspanstrategien zur Reduzierung von thermischen Bearbeitungseinflüssen beim Hartdrehen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Ivanov, Ivan Mitkov
    Die in zahlreichen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzten Stahlbauteile unterliegen im Betrieb hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen. Im Anschluss an die erforderliche Härtung erfolgt die Schlichtbearbeitung zur Schaffung der Endkontur. Aufgrund der Produktivitätssteigerung, Flexibilität und Ressourceneffizienz bietet sich die Hartdrehbearbeitung als Alternative zum konventionellen Schleifen an. Beim Hartdrehen werden die physikalischen Werkstückeigenschaften durch die prozessabhängige Randschichtbildung verändert. Das Verständnis dieser Phänomene und die Prozessoptimierung hinsichtlich der Schaffung von qualitativ höherwertigen Oberflächen erfordern die Modellierung der Hartdrehbearbeitung unter Berücksichtigung von temperaturabhängigen Phasentransformationen. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung eines Simulationsmodells der Hartdrehbearbeitung des gehärteten Wälzlagerstahls 100Cr6 Erkenntnisse über die thermischen Bearbeitungseinflüsse auf die Werkstückqualität zu erhalten. Das beschriebene Simulationsmodell dient als Basis zur Ableitung von Fertigungsmaßnahmen und Zerspanstrategien zur Vermeidung von prozessbedingten Fertigungsungenauigkeiten beim Hartdrehen.
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    Adaptives Entwicklungstool zur intelligenten Konfigurierung von Condition-Monitoring-Algorithmen
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Laghmouchi, Abdelhakim
    Die Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen hängt überwiegend vom Zustand ihrer verschleißanfälligen mechanischen Komponenten ab. Ein Maschinenausfall wird in der Regel durch Verschleiß dieser Komponenten verursacht. Das Condition Monitoring von verschleißkritischen Komponenten führt zur Vermeidung ungeplanter Maschinenausfälle und zur Erhöhung der Verfügbarkeit von Produktionsmaschinen und Anlagen. Hierbei ist die Entwicklung geeigneter, zuverlässiger und robuster Auswertealgorithmen ein elementares Kernstück einer Condition-Monitoring-Lösung. Das übergeordnete Ziel der vorliegenden Dissertationsarbeit ist es, durch die Entwicklung einer innovativen Vorgehensweise zur Konfigurierung von Algorithmen für die Datenanalyse, den Entwicklungsaufwand zukünftiger Algorithmen für verschiedene Zustandsüberwachungsanwendungen zu reduzieren. Hierzu wurde ein Tool zur Evaluierung dieser Vorgehensweise entwickelt und anhand verschiedener Use Cases unter realitätsnahen Betriebsbedingungen evaluiert. Das entwickelte Tool dient als Werkzeug zur Realisierung diverser Auswertealgorithmen für unterschiedliche Condition-Monitoring-Anwendungen.
  • Publication
    Die-Sinking EDM of high aspect ratio cavities in nickel-base alloy
    (Fraunhofer Verlag, 2017)
    Domingos, David Carlos
    Die steigende industrielle Relevanz von Hochtemperaturlegierungen, wie Nickelbasislegierungen für die Luftfahrtindustrie, erfordert aus wirtschaftlichen Aspekten eine permanente Entwicklung und Optimierung bestehender Fertigungsverfahren und Technologien. Ziel dieser Arbeit ist die Leistungssteigerung bei der Fertigung von Kavitäten mit hohem Aspektverhältnis durch die Entwicklung, Analyse und Anwendung neuartiger Technologien - automatisiertes Abrichten von Elektroden und vibrationsunterstützte EDM-Bearbeitung.