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PublicationPrecision Glass Molding of infrared optics with anti-reflective microstructures( 2020)
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PublicationMonetarisierung von Fertigungsdaten( 2020)Eine Monetarisierung von Fertigungsdaten ermöglicht Unternehmen der fertigenden Industrie eine Steigerung ihrer Produktivität und Nachhaltigkeit. Neben dieser Optimierung bestehender Geschäftsmodelle können Unternehmen durch eine Monetarisierung von Fertigungsdaten gleichzeitig neue Einkommensströme erschlossen werden durch neue digitale und progressive Geschäftsmodelle. Durch Fortschritte im Bereich der Künstlichen Intelligenz und der Datenverarbeitung können Erkenntnisse aus Fertigungsdaten gezielt gewonnen und im Rahmen von Daten-Allianzen ausgetauscht werden. In diesem Beitrag werden verschiedene Stufen der Datenverwertung von der Wissensgenerierung bis hin zur Monetarisierung dieser Daten konzipiert, technische Grundlagen dargestellt sowie resultierende Potenziale, Hindernisse und deren Lösungen diskutiert und anhand praxisorientierter Anwendungsfälle verdeutlicht. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für Unternehmen der fertigenden Industrie abgeleitet und eine potenzielle Monetarisierungsstrategie für Fertigungsdaten ausgelegt.
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PublicationLebensdauerverlängerung von Eisenbahnrädern durch Laserauftragschweißen mit Draht( 2020)Heutzutage werden Eisenbahnräder durch maschinelle Bearbeitung neu profiliert, wenn dies aufgrund von Verschleiß oder Flachstellen erforderlich wird. Das damit verbundene Verfahren besteht aus mehreren Schritten und ist daher zeitaufwändig und kostenintensiv. Aus diesem Grund kann ein auf dem Auftragschweißen basierendes Reparatur- und Herstellungsverfahren vorteilhaft sein. In diesem Beitrag werden die Eignung des Laserauftragschweißens mit Draht (LMD-w) als Technologie für diese Anwendung analysiert und weitere Entwicklungsschritte diskutiert.
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PublicationInvestigation of waterjet phases on material removal characteristics( 2020)Abrasive waterjet (AWJ) controlled depth machining, often referred to as abrasive waterjet milling, has proven to be one of the most flexible non-conventional production techniques for difficult-to-machine materials. However, the prediction of process results is challenging since existing process models are limited and the jet tool consists of fluid-, solid- and gas-phases i.e. multiple physical processes occurring simultaneously. In this paper, the influence of the distinguished phases of waterjet machining on the material removal characteristics was investigated. In accordance with mechanical properties of the work piece, the process interference was considered at different structural modifications of 42CrMo4 steel, prior to processing and afterwards. With the help of different waterjet systems, the physical phenomena of the respective phases and their machining results were analyzed. Subsequently, a two-phase suspension jet containing water and solids and industry-standard 3-phase injector jet containing water, air and abrasives were used to machine a kerf pattern. Finally, a two-phase injection plain waterjet of sucking air without solids was used for post processing. A comparison was made by the geometrical features of the machining results. The applied understanding of the waterjet erosion process can lead to a better prediction and optimized waterjet results. Furthermore, the consequences may complete process models for simulation and support future applications of waterjet machining technique.
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PublicationMit dem Digitalen Zwilling Prozessgrenzen überwinden( 2020)Kaum eine Entwicklung hat die Arbeits- und Produktionswelt in den letzten Jahren so geprägt wie die Digitalisierung. Die konsequente und flächendeckende Konnektivität ist wesentlicher Treiber für den technologischen und gesellschaftlichen Wandel. Der Digitale Zwilling ist dabei das zentrale Vehikel, welches die verfügbaren Daten und Informationen über den Lebenszyklus eines realen Objekts hinweg aggregiert, strukturiert und nutzbar macht. Doch wie muss der Digitale Zwilling in der Produktions- und Fertigungswelt aufgebaut sein? Wie müssen Daten gespeichert und zu Informationen aufbereitet werden und in welcher Weise bestimmt sich der Wert oder Mehrwert der Daten im Digitalen Zwilling in der Gesamtbilanz über die unterschiedlichen Phasen des Produktlebenszyklus? Der vorliegende Beitrag definiert den Digitalen Zwilling für ein produktionstechnisches Umfeld und vertieft das Zusammenwirken von Daten, Digitalem Schatten, Modellen und dem Digitalen Zwilling anhand konkreter fertigungstechnischer Fragestellungen. In diesem Zusammenhang wird auf die Bedeutung von Daten sowie Modellen eingegangen und deren Beitrag im Sinne des Digitalen Schattens und Zwillings kritisch hinterfragt. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion über den Wert oder Mehrwert, welcher durch die Nutzung von Daten für Produkt und Produktion entsteht.
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PublicationFunktionale Rückverfolgbarkeit von Prozessketten. Ein daten- und modellbasierter Ansatz( 2020)Der Weg vom Rohteil zum einsatzfertigen Produkt kann mit unterschiedlichen Prozess-technologien beschritten werden, die sich in ihrer Eignung zur Bearbeitung eines Bauteils, der erzielbaren Bauteilfunktionalität sowie der Wirtschaftlichkeit unterscheiden. Zur Sicherstellung der Bauteilfunktionalität spielt die Rückverfolgbarkeit eine entscheidende Rolle. Denn im Falle eines Qualitätsproblems muss der Hersteller in der Lage sein, umgehend die Fehlerursache zu identifizieren und wirksame Maßnahmen zu dessen Behebung zu ergreifen. In der Regel werden hohe Anforderungen an die Beherrschung der Fertigungsprozesskette hinsichtlich Verfügbarkeit, Qualität und Wirtschaftlichkeit (Produktivität) gestellt. Die in den einzelnen Fertigungsschritten aufgezeichneten Daten müssen zu jeder Zeit verfügbar sein und aktuelle Informationen über das Bauteil, die vorangegangen Prozesse sowie die verwendeten Produktionsmittel enthalten. Ein datenbasierter Ansatz zur Prozessgestaltung bietet das Potenzial, die Fertigungsprozesse effizienter zu gestalten und gleichzeitig einen höheren Informationsgehalt für die Rückverfolgbarkeit zu generieren. Eine Kopplung mit Prozessmodellen erlaubt die nachhaltige Abbildung funktionaler Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge und somit eine technologische Abstimmung der einzelnen Prozessschritte hinsichtlich der resultierenden Bauteileigenschaften. Ziel ist es, die Funktionalität des Bauteils sicherzustellen, ohne dass der laufende Betrieb eingestellt wird.
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PublicationOptimized Temperature Distribution for Laser Hardening with Freeform Mirrors( 2019)Laser beam shaping by the usage of freeform mirrors for laser hardening is a known technology which has been used for CO2-Lasers. Nevertheless, due to developments in manufacturing technologies and computer simulation the industrial relevance has increased recently. By now, it is possible to manufacture freeform mirrors precise enough for the diode laser wavelength. With these mirrors, complex intensity distributions can be generated. Combined with a solution of the Inverse Heat Conduction Problem, the temperature distribution in the process zone can be designed according to the process necessities. This study will compare the results of three different profiles which were designed to optimize the process. The first optic generates a rectangular isothermal profile. The second is a rectangle with a reduction of temperature in the direction of the movement to avoid grain growth. The third is optimized to increase the desired compressive residual stresses.
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PublicationPeriphery evaluation for interlinked manufacturing systems in industrial tooling( 2019)Contemporarily, the tool and die industry is facing major challenges. The global market competition and increasing cost pressure affects even solid companies. Consequently, automation approaches, like interlinked manufacturing systems, require new consideration within tooling. These complex systems imply individual constraints with specific design criteria, depending on the companys individual product range. Using the resource evaluation of interlinked manufacturing systems, strengths and weaknesses can be deducted. Hereby it is crucial to consider the machines periphery, like clamping systems, magazines or cleaning devices. This paper provides a structured evaluation approach and technological performance index calculation for the periphery of interlinked manufacturing systems.
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PublicationPulsed Laser Influence on Two-Beam Laser Metal Deposition( 2019)While pulsed lasers are generally used to process solid materials, there are other technologies based on interaction between pulsed lasers and liquids. One example is the double-beam laser brazing where material is molten by a cw-laser and spread using a pw-laser. This technology can be transferred to enhance process stability during laser metal deposition by adjusting the force applied on the liquid surface. It is known that the liquid's dynamic is controlled by the pressure caused by vaporization and opposed influences such as surface tension and gravity, but the magnitude of the force applied on the surface by the pw-laser remains unknown. This study tries to quantify the mean value of this force over time by placing a metal ball into the laser beam. The whole system is mounted on a stage, which is gradually tilted during the experiment. When the gravity forces exceed the pulsed laser pressure, the ball rolls down. Thus, laser parameters can be correlated to acting forces.
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PublicationReplicative manufacturing of glass optics with functional microstructures( 2019)Microstructuring of glass optics enables a large variety of benefits for miscellaneous fields of application. From an enhancement of the performance of optical systems to the haptic improvement of coverglasses the advantages of structured glass are obvious. Especially in the field of high-precision optics, microstructured optical surfaces can carry out important functions, such as beam shaping in laser systems or the correction of dispersive color alterations. Besides enhancements regarding optics of the visible light spectrum, microstructures can compensate disadvantages of infrared(IR)-transmissive lenses such as chalcogenide glasses. As these optics suffer high transmission losses due to their high refractive index the integration of an anti-reflective (AR) function is necessary. Moth-eye-structures are a promising way to avoid the currently used AR-coatings. So far, microstructures are brought into the lens surface by lithography mainly. The therefore additional processing step follows the previous shaping. An efficient production of the structured components is the key to success for applications aside science and research. The technology precision glass molding (PGM) is able to combine the contradicting aspects of high precision and high volume production. PGM is a replicative manufacturing method that allows the macroscopic molding and the manufacturing of microscopic structures to be carried out simultaneously. Based on a representative PGM process chain, the paper at hand describes differences, challenges and current research results regarding molding microstructures.
