Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Qualitätssicherung beim Laser-Pulver-Auftragschweißen

2024-02-01 , Lemke, Josefine

In der modernen Fertigungstechnik spielt der Einsatz von korrosionsbeständigem Stahl eine große Rolle. Die kohlenstoffarme Edelstahllegierung 1.4404 (AISI 316L) ist ein häufig eingesetzter Werkstoff in der additiven Fertigung. Hier kann das Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA), engl. Directed Energy Deposition DED-LB, das weit verbreitete Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) aufgrund höherer Auftragsraten und seiner Flexibilität in einigen Bereichen ergänzen und sogar ersetzen. Mit interessanten Perspektiven in der Bremsscheibenfertigung für Automobile.

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Tailor Welded Blanking Digital

2023-11-30 , Weber, Joshua , Daniel, González , Höfemann, Matthias , Joos, Paul , Rys, Anastasia , Lemke, Josefine

Der immer effizientere Einsatz von Energie und Ressourcen bleibt eine große Herausforderung, die nur mit innovativen Lösungen zu bewältigen ist. Ein schneller, günstiger und ressourcenschonender Ansatz ist die Anwendung von digitalen Methoden. Vor allem bei anspruchsvolleren Fertigungsketten, wie die Herstellung von Karosseriebauteilen aus Tailor Welded Blanks, ist es sinnvoll, die Produktauslegung bzw. die Prozessauslegung vor der eigentlichen Produktion digital und ganzheitlich zu simulieren, um Werkzeuganpassungen und unnötige Versuche zu verhindern. Dies funktioniert mit der Benutzung eines sogenannten digitalen Zwillings für die Fertigungskette durch die Verknüpfung von numerischen Simulationen, die die einzelnen Prozessschritte abbilden.

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Eine empirische Untersuchung zur Entstehung und Nutzung von Synergiepotenzialen zwischen der Innovations- und der Qualitätsfunktion im Produktentstehungsprozess

2023 , Dunst, Michael , Krüger, Jörg

Innovation und Qualität sind für deutsche Unternehmen entscheidende Erfolgsfaktoren. Aufgrund des steigenden Wettbewerbsdrucks und der schnell wachsenden Märkte muss der Innovationsprozess immer effizienter gestaltet werden, um die Markteinführungszeit für neue Produkte und Geschäftsmodelle bei gleichzeitig hoher Leistungsqualität zu verkürzen. Es gibt wohl kein Unternehmen, das nicht auf die beiden Erfolgsfaktoren Innovation und Qualität setzt. Im Zusammenwirken der Innovations- und der Qualitätsfunktion entwickelt sich so zunehmend ein Spannungsfeld zwischen einer schnellen Markteinführung innovativer Produkte und Perfektion. Die Forschungsarbeit verfolgt grundsätzlich die Frage, welche Faktoren einen positiven Beitrag auf die Zusammenarbeit der beiden Funktionsbereiche ausüben, und wie sich eine intensive Kollaboration zwischen der Innovations- und der Qualitätsfunktion auf die Performance neuer Produkte auswirkt. Die abgeleiteten Modelle für die Unternehmenspraxis und die Ergebnisse der empirischen Forschung machen auf die Relevanz eines leistungsfähigen Produktentstehungsprozesses unter Einbindung des Qualitätsmanagements aufmerksam und heben so die Bedeutung einer erfolgreichen Zusammenarbeit der beiden Funktionsbereiche hervor.

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Entwicklung eines kognitiven Assistenzsystems zur Nutzung von Erfahrungswissen im Qualitätsmanagement

2023 , Randermann, Marcel , Krüger, Jörg

Das Wissen in einer Organisation ist inzwischen ein wichtiger Produktionsfaktor und führt zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen im globalen Markt. Besonders wertvoll ist für Unternehmen das Erfahrungswissen, das kontextabhängig entsteht und situationsbedingt abgerufen wird. Das Qualitätsmanagement ist aufgrund seiner Kompetenzanforderungen von diesem Wissen abhängig, denn unstrukturierte Probleme lassen sich häufig nur erfahrungsgeleitet lösen. Darüber hinaus ist das Erfahrungswissen die Urquelle jeglicher Kreativität, die im Problemlöseprozess zwingend erforderlich ist. In der vorliegenden Arbeit wird ein kognitives Assistenzsystem entwickelt, das die menschliche Fähigkeit des kognitiven Erinnerns an frühere Ereignisse und Situationen unterstützt. Das entwickelte System stellt mittels Case-Based Reasoning Wissen bereit, das auf Grundlage einer Kontextsituation als relevant eingestuft wird. Dies führt zu einer Bereitstellung des situationsgerechten Erfahrungswissens und ermöglicht eine wirksame Problemlösung im Arbeitsprozess.

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Laserstrahlhybridschweissen von Türmen für Windkraftanlagen - Ökonomische und ökologische Vorteile

2023-12-19 , Üstündag, Ömer , Bakir, Nasim , Brunner-Schwer, Christian , Knöfel, Frieder , Gook, Sergej , Gumenyuk, Andrey , Rethmeier, Michael

Das Laserstrahlhybridschweißen ist beim Schweißen von Türmen für Windkraftanlagen eine Alternative zum Unterpulver schweißen von Dickblechen in Mehrlagentechnik und bietet hier ökonomische und ökologische Vorteile. Der industrielle Einsatz des Verfahrens ist jedoch durch prozessspezifische Herausforderungen eingeschränkt. Die im Beitrag beschriebene kontaktlose elektromagnetische Badstütze dient zur Erweiterung des Verfahrenspotenzials im Dickblechbereich >15 mm.

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Laserstrahlauftragschweißen - Einfluss von Schutzgasgemischen auf die Bauteilqualität

2023-09 , Kampffmeyer, Dirk , Wolters, Michael , Raute, Julius , Müller, Vinzenz , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Im Additive Manufacturing Verfahren Directed Energy Deposition (DED) wird bei der Verarbeitung von Werkzeugstahl in der Regel reines Argon als Schutzgas verwendet. Dabei kann die Verwendung von speziellen Schutzgasgemischen, auch bei geringen Anteilen zugemischter Gase, durchaus die Bauteilqualität positiv beeinflussen. In Vorarbeiten der Messer SE & Co. KGaA zeigte ein gewisser Sauerstoffanteil im Schutzgas die Tendenz, den Flankenwinkel von Schweißspuren beim DED zu verbessern. In der vorliegenden Studie wurde daher detailliert untersucht in wie weit unterschiedliche Schutzgasgemische einen Einfluss auf die Qualität sowie die geometrischen Eigenschaften der additiv gefertigten Strukturen des Werkzeugstahls 1.2709 beim Laser-DED ausüben. Es erfolgten zunächst Testschweißungen in Form von Einzelspuren mit unterschiedlichen Gemischen aus dem Basisschutzgas Argon mit geringen Anteilen verschiedener Gase. Dabei wurde der Einfluss der Zusätze auf die Spurgeometrie und Aufbauqualität untersucht. Auf Basis dieser Vorversuche wurde eine Auswahl vielversprechender Gasgemische getroffen und Detailuntersuchungen in Form von Spuren, Flächen und Quadern unter Zugabe verschiedener Mengen an Zusätzen durchgeführt. Zur Bewertung des Einflusses der Schutzgasbeimengungen wurden der Flankenwinkel, die Porosität und das Gefüge der Proben anhand metallografischer Schliffe untersucht. Es zeigte sich, dass eine Zugabe von geringen Anteilen an Zusätzen zunächst zu einer Vergrößerung des Flankenwinkels im Vergleich zu reinem Argon führt. Mit steigendem Anteil der Gase nimmt dieser Winkel jedoch ab. So kann je nach Menge des zugesetzten Gases eine individuelle Benetzung des aufgetragenen Materials an der Oberfläche erreicht werden. Auch die Porosität ließ sich durch Schutzgasgemische beeinflussen und zeigt ein abweichendes Verhalten im Vergleich zu reinem Argon.

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Transdisciplinary Setup Guide for Automated Maintenance Training Generation in Virtual Reality from Virtual Commissioning

2023 , Quast, Sascha , Konkol, Kathrin

In automated production industries, qualified maintenance is important. Planning and executing complex practical maintenance training scenarios on real machines can be expensive. To reduce cost, virtual training simulations in Virtual Reality (VR) are slowly being established in the virtual commissioning sector, but implementation times can be long and costly when each new training scenario needs to be implemented manually. This paper describes the outcome of a three-year research project, which addressed an automated generation of gamified maintenance training in VR based on existing virtual commissioning scenarios instead of manually configuring the machine logic on an example in the automotive industry. With the project partners from the automotive and gaming industry, a demonstrator was created. The result is a transdisciplinary setup guide for three different user types: the commissioner, the trainer, and the trainee. The users are supported with a combination of automated functions and included descriptions to utilize VR without being VR experts. The first user, the commissioner, can generate a VR scene from virtual commissioning and connects them so that the real machine behavior of the virtual Programmable Logic Controller (PLC) and Numerical Control (NC) can be used in VR over the virtual Human Machine Interfaces (HMI) like touchscreens, buttons, and other machine parts. The trainer can configure training in this virtual commissioning scene for the maintenance trainee to use for virtual machine training. The demonstrator received positive feedback from key users of the automotive industry and should be tested for their training in the next steps.

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Wire Electron Beam Additive Manufacturing von niedriglegierten Zinnbronzen – Erreichbare Bauteileigenschaften und Prozessmerkmale

2023-12-05 , Raute, Maximilian Julius , Seitz, Georg , Biegler, Max , Rethmeier, Michael

Die Additive Fertigung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Verarbeitung von Kupferwerkstoffen im industriellen Umfeld. Hierbei wird verstärkt auf drahtförmige Ausgangswerkstoffe gesetzt, da diese Vorteile im Handling bieten, bereits aus der Schweißtechnik bekannt sind und sich zumeist durch geringere Beschaffungskosten auszeichnen. In den letzten Jahren entwickelte sich unter den drahtbasierten Verfahren der Directed-Energy-Deposition (DED) eine Prozessvariante unter Nutzung des Elektronenstrahls zur industriellen Marktreife. Dabei zeigt die Technologie Wire Electron Beam Additive Manufacturing (DED-EB) besondere Vorteile gegenüber anderen DED-Prozessen für die Anwendung an Kupfer. Um das Verfahren einem breiten Anwenderkreis in der Industrie zugänglich zu machen, fehlen jedoch Daten zu Leistungsfähigkeit, Prozessgrenzen und Anwendungsmöglichkeiten. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dieser Problemstellung am Beispiel der Legierung CuSn1MnSi. Über mehrstufige Testschweißungen werden die physikalisch möglichen Prozessgrenzen ermittelt und Rückschlüsse über die Eignung der Parameter zum additiven Aufbau gezogen. An verschiedenen additiv gefertigten Probekörpern werden anschließend Kennwerte für Aufbaurate, Härte, Mikrostruktur, Oberflächenqualität sowie mechanische Festigkeitswerte ermittelt. Es zeigt sich, dass das die durch DED-EB hergestellten Proben, trotz des groben Gefüges sowie der thermischen Belastung im Aufbauprozess, in ihren Eigenschaften gut mit den Spezifikationen des Ausgangsmaterials übereinstimmen.

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Brennstoffzelle - wie sauber muss es sein?

2023-06-29 , Tammer, Christoph , Schießl, Timo , Burgdorf, Philipp

Die technische Sauberkeit ist bei der Brennstoffzelle eine wichtige Einflussgröße für die realisierte Produktqualität in Bezug auf Lebensdauer und Performanz. Wie an welcher Stelle der Prozesskette im Hinblick auf welche Grenzwerte gereinigt und geprüft werden sollte, wird aktuell im Rahmen eines Forschungsprojektes betrachtet.

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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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