Dipl.-Ing.

Heinen, Daniel

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  • Publication
    Technological and economical assessment of alternative process chains for blisk manufacture
    ( 2015)
    Klocke, Fritz
    ;
    Schmitt, Robert
    ;
    Zeis, Markus
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    Heidemanns, Lukas
    ;
    Kerkhoff, Johannes
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Klink, Andreas
    Due to the increase of blisk (blade integrated disk) demands instead of the conventional fir-tree design in current aero-engine concepts there is a high resource-driven need for a comprehensive evaluation of different process chain alternatives for blisk manufacture. Therefore, in this paper different manufacturing chains consisting of roughing, pre-finishing and finishing/polishing are compared to each other by the example of a HPC-blisk out of Inconel 718. Beside conventional milling and electrochemical machining also alternative manufacturing technologies like wire-based laser cladding, water jet cutting and automated polishing are taken into account. Based on a technological analysis an adaptable methodology is introduced, which allows an independent economical assessment of different process chains regarding e.g. company-specific boundary conditions or different production quantities.
  • Publication
    Scanner-based laser cladding
    ( 2012)
    Klocke, Fritz
    ;
    Brecher, Christian
    ;
    Wegener, Maximilian
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Fischer, Bettina
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    Do-Khac, Dennis
    An innovative laser cladding technology based on laser scanning is presented. The variable scan width allows adjusting the dimensions of the weld seams on-line in a broad range for a flexible adaption of specific requirements concerning the part's geometry. Additionally, an enhancement of the deposition rate is achieved. Automated adaption of the laser power with regard to the processing speed allows for a constant weld seam quality in curves. Furthermore, the feasibility of replacing edges by weld seams and restoring the initial part geometry is demonstrated.
  • Publication
    Oberflächen komplexer Werkzeuge durch Laserbehandlung schützen
    ( 2012)
    Heinen, Daniel
    ;
    Arntz, Kristian
    Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen untersucht im EU-geförderten Forschungsprojekt Curare Verfahrenskombinationen zur Laseroberflächenbehandlung, die die Standzeiten von Bauteilen und Werkzeugen deutlich verlängern können. Ziel ist, das Verfahren des Laserlegierens/-dispergierens kombiniert mit einer anschließenden Nitrierbehandlung auf Schmiede- und Aluminium-Druckgusswerkzeuge anzuwenden. Eine Standzeitverlängerung von Tiefziehwerkzeugen wird im BMBF-geförderten Forschungsprojekt InnocaT3 mittels Geometrieoptimierung und anschließender Laseroberflächenbehandlung untersucht. Beim Laserlegieren wird der Werkstoff in einer oberflächennahen Randzone umgeschmolzen. Dabei wird ein pulverförmiger Zusatzwerkstoff (beispielsweise WC-Co-Cr, TiC, VC) kontinuierlich in die Schmelze eingebracht, aufgelöst und nach dem Erstarren in Lösung gehalten. Beim Laserdispergieren dagegen wird der Zusatzwerkstoff während der Erstarrung feindispers ausgeschieden. Die Zufuhr des Pulverpartikel erfolgt sowohl beim Laserlegieren als auch beim -dispergieren über einen Gasstrom, der gleichzeitig als Schutzgas des Prozesses dient. Ein weiteres Verfahren zum Verschleißschutz ist das Laserauftragschweißen.
  • Publication
    Ressourceneffiziente Fertigung von Tiefziehwerkzeugen
    ( 2012)
    Klocke, Fritz
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Andrecht, Dennis
    ;
    Arntz, Kristian
    ;
    Vieten, Hanno
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    Zymla, Christoph
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    Dambon, Olaf
    ;
    Schongen, Fabian
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    Bäcker, Vladimir
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    Feldhaus, Björn
    Die Effizienz in der Fertigung und insbesondere die effiziente Nutzung von Ressourcen wird ein immer wichtigerer Faktor. Daher ist das Ziel der Innovationsallianz "InnoCaT", einem Zusammenschluss von über 60 Industriefirmen und Forschungseinrichtungen, in einer gezielten markt- und anwendungsorientierten Kooperation die Prozesskette zur Fertigung von Fahrzeugkarosserien energie- und ressourcenschonender zu gestalten. Im Verbundprojekt "InnoCaT3 - Ressourceneffizienter Werkzeugbau" widmen sich die teilnehmenden Partner der Aufgabe, die Effizienz des Werkzeugbaus deutlich zu verbessern. Im Beitrag werden zwei Teilprojekte vorgestellt: "Verschleißreduktion von Tiefziehwerkzeugen durch Geometrie- und Aktivflächenoptimierung" sowie "Automatisierte Korrektur von Umformwerkzeugen".
  • Publication
    A hybrid machining center for enabling new die manufacturing and repair concepts
    ( 2011)
    Brecher, Christian
    ;
    Klocke, Fritz
    ;
    Breitbach, Tobias
    ;
    Do-Khac, Dennis
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Karlberger, Andreas
    ;
    Rosen, Chris-Jörg
    This paper presents an analysis of a scanner-based laser cladding process and its integration into a hybrid machining center. After deducing a robust set of process parameters from experiments for scanner-based cladding which reliably yield defined geometries, we present an automation architecture to encapsulate the hardware that is specific to this process. We then describe a planning approach in CAM software to facilitate using the scanner-based cladding process within a planning framework for milling processes. After introducing a hybrid laser tool which enables new stabilizing process possibilities we conclude with an approach to combine all these findings into a seamless machine concept of which we present a prototype.
  • Publication
    Für einen wettbewerbsfähigen Werkzeug- und Formenbau
    ( 2011)
    Behrens, Barbara
    ;
    Driemeyer Wilbert, André
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Bock, Martin
  • Publication
    Flexible Oberflächenbearbeitung durch scannerbasierte Systemtechnik
    ( 2011)
    Brecher, Christian
    ;
    Emonts, Michael
    ;
    Rosen, Chris-Jörg
    ;
    Heinen, Daniel
    Die wachsenden Anforderungen im Rahmen des globalen Wettbewerbs begründen hohe Ansprüche an moderne Produktionssysteme hinsichtlich ihrer Anwendungsflexibilität, Verfü¼gbarkeit, Leistungsfähigkeit und Produktivität. Dies macht es notwendig, zu entwickelnde Maschinensysteme optimal auf das Spektrum der Bearbeitungsaufgaben anzupassen um Wettbewerbsvorteile zu sichern und weltweit konkurrenzfähig zu bleiben. In diesem Zusammenhang wird im Rahmen des DFG-geförderten Exzellenzcluster-Projekts "Multi Technology Platform for Hybrid Metal Processing" ein Bearbeitungszentrum u.a. um die Lasertechnologien, Auftragschweißen und Härten erweitert. Ziel ist es, die Potenziale der Funktionsintegration durch hybride Prozess- und Systemtechnik für die Klein- und Mittelserienfertigung aufzuzeigen. Ein Kernpunkt der Entwicklungen ist ein scannerbasiertes System zum Laserauftragschweißen von drahtförmigem Zusatzmaterial, wobei die Strahlpendelung die Bearbeitungsflexibilität signifikant steigert.
  • Publication
    Werkzeugverschleiß reduzieren
    ( 2011)
    Heinen, Daniel
    ;
    Arntz, Kristian
    Schmiede- und auch Aluminiumdruckgusswerkzeuge unterliegen einem hohen abrasiven und adhäsiven Verschleiß, so dass die Standzeiten relativ kurz sind. Die Laseroberflächenbehandlung bietet die Möglichkeit zur Verdopplung der Standzeiten. In einem Forschungsprojekt wird das Laserlegier- bzw. -dispergierverfahren in Kombination mit einer anschließenden Nitrierbehandlung erprobt. Die Laseroberflächenbehandlung ist besonders an lokalen Verschleißstellen wie an konvexen Radien sinnvoll. An einem Schmiedewerkzeug konnte gezeigt werden, dass eine wesentliche Standzeiterhöhung erreicht werden kann. Um jedoch sehr komplexe Bauteilgeometrien bearbeiten zu können, wurde ein CAx-Modul zur vollautomatisierten 5-achsigen Oberflächenbehandlung entwickelt. Es vereint die Planungskette für die Laseroberflächenbehandlung - Geometrieerfassung, Bearbeitungsstrategie sowie Prozessparameter (Laserleistung, Laservorschubgeschwindigkeit und Bahnüberlappung). Mit diesem Modul lässt sich eine vollständige Simulation der 5-achsigen Bearbeitung eines realen Werkzeuges generieren. Dazu wurde die Steuerungssoftware Sinumerik 840D eigesetzt. Der Bearbeitungskopf besteht aus einem Quotientenpyrometer und einer CCD-Kamera, zusammen mit einem Hochleistungsdiodenlaser von 5 kW
  • Publication
    Kombinierte Oberflächenbehandlung von Werkzeugen
    ( 2010)
    Klocke, Fritz
    ;
    Heinen, Daniel
    ;
    Liu, Yuan
    ;
    Arntz, Kristian
    Schmiedewerkzeuge und Aluminium-Druckgießwerkzeuge werden gegenwärtig aus verschiedenen Warmarbeitsstählen hergestellt, die nach der mechanischen Bearbeitung vergütet und nitrierbehandelt werden. Sie weisen wegen eines hohen lokalen Verschleißes jedoch nur kurze Standzeiten auf. Im Forschungsprojekt Curare des Fraunhofer IPT wird deshalb in Zusammenarbeit mit mehreren Partnern eine lokale, automatisierte 5-achsige Laseroberflächenbearbeitung mit anschließender Nitrierung zur Fertigung verschleißreduzierter Werkzeuge entwickelt. Die bisherigen Untersuchungsergebnisse belegen, dass mit dem Zusatzwerkstoff WC-Co-Cr und mittels Gasnitrieren die höchste Verschleißbeständigkeit erzielt werden kann. Grundsatzwerkstoff und Schutzgas beeinflussen die Ergebnisse nur unwesentlich. Von entscheidender Bedeutung für das Prozessverhalten ist jedoch die relative Position von Pulverdüse zu Laserbrennfleck, die durch die Verwendung einer Koaxialdüse optimiert werden soll. Zurzeit baut das Fraunhofer IPT ein neues Zentrum für die 5-achsige Laserbearbeitung mit Hochleistungsdiodenlaser, Quotientenpyrometer, CCD-Kamera und Steuerungssoftware SINUMERIK 840 D Solution. Das eigens für die Laseroberflächenbearbeitung entwickelte CAx-Modul berechnet u.a. die Bearbeitungsstrategie, überführt die Werte in ein NC-Programm für die Bearbeitung und dient als Datenbank, in dem alle relevanten Parameter hinterlegt werden. Für eine Steggeometrie wurden bereits Bearbeitungsstrategien qualifiziert und Prozessparameter optimiert; für weitere Elemente (Radien, Kanten, Kavitäten) erfolgt eine Anpassung der Parameter, insbesondere der Laserleistung und der Vorschubgeschwindigkeit.