Die steigenden Anforderungen an Bauteile im Einsatz macht eine immer bessere Prädiktion der Bauteilrandzone nach dem Fertigungsprozess notwendig. In der Funkenerosion sind es vorwiegend thermische Effekte, die zur Veränderung der Randzoneneigenschaften führen. Aus diesem Grund wurde ein Modell entwickelt, welches die thermisch induzierten Beanspruchungen beschreibt, um letztlich auf die Randzoneneigenschaften nach dem Prozess zu schließen.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Die direkte Verknüpfung zwischen 3D-CAD-Modell – also virtuellem Design – und Werkstückaufbau – also der »Materialisierung« von Ideen – führt mit der additiven Fertigung zu einer digitalen Fertigungstechnologie. Parallel existiert großes Potenzial hinsichtlich industrieller Anwendung der additiven Fertigung, unterstützt durch Automatisierung und Prozesskettenintegration. Der langfristig ökonomisch wie technologisch effektive Einsatz kann nur gelingen, wenn diese Potenziale adressiert werden. Dem Schwerpunkt der Prozesskettenintegration widmet sich diese Arbeit, mit Fokus auf metallischen Bauteilen.
Im Gegensatz zu subtraktiven Fertigungsverfahren zur Bearbeitung von maschinenbaulichen Werkstücken sind additive Fertigungsverfahren bisher nicht hinreichend in Fertigungsprozessketten integriert. Dies ist jedoch notwendig, um typische Qualitätsanforderungen durch sequenzielle Bearbeitung zu erreichen. Dabei ist zu beachten, dass die besonderen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile zu einer neuartigen Betrachtung bei der Prozesskettengestaltung führen. Gleichzeitig bietet die additive Fertigung Vorteile bei der Unikat- und Kleinserienfertigung und ermöglich so die Individualisierung und Anpassbarkeit von Produkten. Die Prozesskettenintegration von additiver Fertigung – und damit deren Verknüpfung mit subtraktiver Fertigung – muss also auf individuelle Bauteilanforderungen reagieren können und unterschiedlichste Fertigungsmittel mit ihren technologischen Leistungsfähigkeiten berücksichtigen.
In dieser Dissertation wird eine Methode zur Beschreibung von Bauteilen und deren Anforderungen entwickelt, die den Eigenschaften additiv gefertigter Werkstücke gerecht wird und ebenso für die Weiterbearbeitung geeignet ist. Weiterhin werden bestehende Methoden zur Generierung und Gestaltung von Fertigungsprozessketten derart adaptiert und erweitert, dass additiv-subtraktive Prozessketten entwickelt werden können. Schließlich werden diese Elemente in eine gemeinsame Methodik integriert. Damit wird Fertigungsexpert·innen unabhängig von ihrer Expertise im Bereich Fertigungsplanung oder additive Fertigung ein Tool zur Verfügung gestellt, mit dem kennzahlenbasiert neue Prozessketten umgesetzt und strategische Entscheidungen zur zukünftigen Ausrichtung einer Fertigungsumgebung erleichtert werden. Die Umsetzung in einer prototypischen Software und die Validierung anhand von drei Fallbeispielen stellt die praxisgerechte Anwendbarkeit der Methodik sicher.
Aktualisiert: 2023-05-11
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Das Laserstrahlstrukturieren ist ein innovatives Verfahren, um Strukturen in Oberflächen einzubringen und diese so zu funktionalisieren. Dies können z. B. technische Strukturen auf bewegten Komponenten zur Reibungsreduzierung oder Designstrukturen auf Werkzeugen zur replikativen Fertigung sein. Dabei wird ein hochenergetischer, gepulster Laserstrahl durch zwei bewegliche Scannerspiegel auf das Bauteil gelenkt, wo der Laserstrahl in mehreren Schichten Material verdampft und so die gewünschte Geometrie erzeugt. Das Einstellen der Prozessparameter stellt den Bediener vor besondere Herausforderungen, da es durch die Vielzahl von Parameterkombinationen und Einflussfaktoren nicht möglich ist, die Abtragtiefe der Geometrie ohne umfangreiche Parameterstudien vorherzusagen.
Die Scannerspiegel müssen sich mit einer möglichst konstanten Geschwindigkeit bewegen, um eine Konzentration von Laserpulsen in der Beschleunigungs- oder Abbremsregion zu vermeiden. Um einen gleichmäßigen Abtrag gewährleisten zu können, wurde in dieser Dissertation ein Beschleunigungskompensationsalgorithmus entwickelt, welcher ein Regressionsmodell sowohl für den geschwindigkeitsabhängigen Schleppverzug als auch für den Bereich der Beschleunigung nutzt. Dieser Algorithmus legt durch eine intelligente Bahnführung die Beschleunigungs- und Abbremsregionen in Bereiche, in denen der Laser deaktiviert ist. Die dafür benötigten Parameter werden erstmalig in einem automatisierten Verfahren ermittelt und im System eingestellt. Im Ergebnis sorgt die Kalibrierung für eine gleichförmige Bewegung des Laserstrahls auf dem Bauteil und verhindert so ungewünschte Einbrandeffekte.
Trotz des nun gleichmäßigen Abtrags ist durch die Vielzahl an Einflussfaktoren eine verbindliche Vorhersage der Abtragtiefe nicht möglich. In dieser Arbeit wurde erstmalig eine adaptive Online-Regelung für den Abtragprozess implementiert, die regelmäßig die aktuelle Abtragrate überwacht und Prozessparameter entsprechend automatisch einstellt. Dazu wurde ein LCI-basiertes Messgerät (Low Coherence Interferometry) in die Prozesskette integriert, welches die aktuelle Abtragsituation direkt durch den Strahlengang des Prozesslasers misst. Nach einem Teilabtrag wird eine Messung durchgeführt und mit diesem Messwert wird der Abtrag pro Schicht für die bereits bearbeiteten Schichten berechnet. Mit dieser Information werden die folgenden Schichten berechnet. Am Ende des Prozesses wird so die gewünschte und programmierte Abtragtiefe automatisch erreicht.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Das Laserstrahlschmelzen bietet aufgrund verfahrensbedingter konstruktiver Möglichkeiten Gewichtseinsparungen im Betrieb eines Triebwerks und infolgedessen enormes Potential für zukünftige Triebwerksgenerationen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss lokaler Prozesscharakteristika des Laserstrahlschmelzens auf rissinitiierende Bauteilcharakteristika identifiziert, mittels Regressionsmodellen evaluiert und auf Basis von Prozess- und Anlagenadaptionen homogenisiert.
Aktualisiert: 2023-05-11
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In der Dissertation wurde ein Beitrag zum Verständnis der Verschleißmechanismen beim Präzisionsblankpressen von Quarzglas erarbeitet. Nach theoretischen und experimentellen Analysen des thermomechanischen und chemischen Verhaltens einiger Werkzeugwerkstoffe stand der Verschleiß von Glaskohlenstoff im Mittelpunkt. Aus den Ergebnissen wurde ein Modell zur Beschreibung der Verschleißmechanismen beim Glaskohlenstoff erstellt. Die Erkenntnisse erlauben eine verschleißoptimierte Prozessauslegung.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Eine systematische und wissenschaftliche Betrachtung des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung des LMD-W-Prozesses existiert nicht. Das Ziel der Arbeit ist daher die Entwicklung eines Prozess-erklärungsmodells des Drahtsystems zur Prozessstabilisierung des LMD-W-Prozesses für die additive Fertigung. Mit Hilfe experimenteller Prozessanalyse und dem darauf aufbauenden Prozesser-klärungsmodell, unter Berücksichtigung der Wirkzusammenhänge von Drahtförderung und Pro-zessgrößen, können vorhersagbare Schweißergebnisse erreicht werden.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Die Dissertation liefert einen Wissensbeitrag zum Verständnis der Einflüsse auf das Zerspanverhalten von WC-Co Hartmetallen bei der Bearbeitung mit monokristallinen Diamantwerkzeugen. Hobelversuche dienten dabei als empirische Basis zur Erstellung eines Modells zur Berechnung des Übergangspunktes von duktilem zu sprödhartem Materialverhalten. Im Fokus weiterer Untersuchungen lagen die Einflüsse während der Drehbearbeitung auf die generierte Oberflächenqualität sowie den Werkzeugverschleiß.
Aktualisiert: 2023-05-10
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Das Trockenwälzfräsens ist ein hochproduktives Fertigungsverfahren zur Herstellung außen-verzahnter Zylinderräder. Obwohl das Verfahren etabliert ist, kommt es in der Praxis immer wieder zu Oberflächendefekten, insbesondere Spanaufschweißungen, auf den Bauteilen. In dieser Arbeit wird eine Analyse der Entstehung von Spanaufschweißungen durchgeführt, wozu unter anderem ein analytisch-numerisches Modell der Spanbildung von Mehrflanken-spänen entwickelt wird.
Aktualisiert: 2023-05-10
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In dieser Dissertation wurde ein Zweistrahlprozess, in dem ein kontinuierlicher mit einem gepulsten Laserstrahl niedriger Leistung überlagert wird, hinsichtlich seiner Eignung zur Prozessstabilisierung des drahtbasierten Laserauftragschweißens (LMD-w) erforscht. Die Stabilisierung ist signifikant und basiert einerseits auf einer höheren Absorption und somit geringerer Schmelzbadviskosität und andererseits auf einer kraftbasierten Homogenisierung der Draht-Schmelzbad-Interaktion.
Aktualisiert: 2023-03-23
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Eine Dokumentation über die Deutsche NALCO-Chemie GmbH
Aktualisiert: 2023-02-02
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Das Laserstrahlschmelzen bietet aufgrund verfahrensbedingter konstruktiver Möglichkeiten Gewichtseinsparungen im Betrieb eines Triebwerks und infolgedessen enormes Potential für zukünftige Triebwerksgenerationen.
Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss lokaler Prozesscharakteristika des Laserstrahlschmelzens auf rissinitiierende Bauteilcharakteristika identifiziert, mittels Regressionsmodellen evaluiert und auf Basis von Prozess- und Anlagenadaptionen homogenisiert.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Eine Dokumentation über die Deutsche NALCO-Chemie GmbH
Aktualisiert: 2023-02-01
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Die vorliegende Arbeit untersucht die Anlagenübertragbarkeit von LPBF Anlagen als Schlüssel zum größeren industriellen Einsatz des ökologischen und ökonomischen Fertigungsverfahrens. Aufgrund der Komplexität des Themas wird nur der Teilaspekt des Einflusses des Bearbeitungswerkzeuges auf das Bearbeitungsergebnis fokussiert. Ziel ist es Methoden zur Anlagenübertrag des Bearbeitungsergebnisses zwischen Anlagen mit Bearbeitungsstrahldurchmessers zwischen 34 µm und 100 µm zu gewährleisten.
Aktualisiert: 2022-12-15
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In dieser Arbeit wird ein neues Bohrverfahren zur Herstellung von sowohl großen und tiefen als auch präzisen Bohrungen mittels UKP-Laserstrahlung entwickelt. Somit können präzise Bohrungen mit Bohrungsdurchmessern größer 200 µm und Aspektverhältnissen von bis zu 25 erzeugt werden. Außerdem wird eine für das neu entwickelte Bohrverfahren ausgelegte Bearbeitungsoptik entwickelt und charakterisiert, welche eine hochdynamische Ablenkung der Laserstrahlung erlaubt.
Aktualisiert: 2023-01-05
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Die Anomaliedetektion in Bauteilen, die mittels Directed Energy Deposition additiv gefertigt werden, ist aufgrund fehlender Ortsauflösung der Prozessüberwachungsdaten eingeschränkt. Hierzu wird die Synchronisation von Messdaten der Schmelzbadüberwachung (Pyrometer und CMOS-Kamera) mit mittels OPC UA erfassten Positionen der Werkzeugbahnen realisiert. Neben dem Vergleich der Sensoren werden bildverarbeitende Methoden des Maschinellen Lernens erprobt und für die Qualitätssicherung demonstriert.
Aktualisiert: 2023-02-23
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Absorption and the degree of coupling play a key role for the process stability and process efficiency in the welding of copper materials. To influence these process variables, the copper surface is modified by a laser structuring process or by a thermal furnace process. The approach presented here enables a significant increase in process efficiency and thus demonstrates the possibility of saving energy in the production process while simultaneously stabilizing the process flow.
Aktualisiert: 2023-02-23
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Die Arbeit beschreibt die Entwicklung einer anforderungsdeterminierten und aufwandsorientierten Methodik zum Qualitätsmanagement der additiven Fertigung. Der Fokus liegt dabei auf dem pulverbettbasierten Schmelzen von Metallen mittels Laser. Durch die strukturierte Analyse von Anforderungen, die Strukturierung des Produktionsumfeldes sowie die Determinierung des Qualitätsaufwands können insbesondere kleine und mittlere Unternehmen zielgerichtete Maßnahmen für das Qualitätsmanagement ableiten.
Aktualisiert: 2023-02-16
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Mit dem LBPF-Verfahren ist die Fertigung nahezu beliebig komplexer Bauteile möglich. Die LPBF-Prozessführung nach Stand der Technik ist dabei weitgehend statisch und berücksichtigt nur in geringem Maße die zu fertigende Bauteilgeometrie. Durch die in dieser Arbeit entwickelte adaptive LPBF-Prozessführung werden die Prozessparameter dynamisch an die zu fertigende Bauteilgeometrie sowie die Anforderungen des Anwenders angepasst, um Bauteilqualität, Prozessrobustheit und Produktivität zu steigern.
Aktualisiert: 2023-02-16
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Beim Laserstrahlhärten resultiert das Temperaturfeld bisher aus der vorgegebenen Intensitätsverteilung und den gewählten Prozessparametern. In einem neuen Ansatz wird die erforderliche Intensitätsverteilung zur Erzeugung definierter Temperaturfelder numerisch angenähert und mithilfe von Freiformspiegeln erzeugt. Zum ersten Mal stellt sich so die Frage, wie ein optimales Temperaturfeld während des Prozesses aussehen müsste. Dazu werden verschiedene Temperaturfelder hergeleitet und validiert.
Aktualisiert: 2022-11-24
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Das große Potenzial zur industriellen Anwendung der additiven Fertigung muss durch Prozesskettenintegration unterstützt werden. So können typische Qualitätsanforderungen maschinenbaulicher Werkstücke durch sequentielle additiv-subtraktive Bearbeitung erreicht werden. Die entwickelte Methodik bezieht AM-spezifische Bauteilcharakterisierungen ein und beschreibt die Leistungsfähigkeit von Fertigungsmitteln zur Weiterbearbeitung. Schließlich werden daraus Fertigungsprozessketten generiert und bewertet.
Aktualisiert: 2022-10-06
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