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SPM-01: SEAM-Endlos - Konzeptentwicklung zum Extrusions-3D-Drucken unter Integration von Endlosfasern zur Herstellung von Strukturbauteilen für die Fahrzeugindustrie

alternativ

Das am Fraunhofer IWU entwickelte High-Speed 3D-Druckverfahren SEAM (Screw Extrusion Additiv Manufacturing) zeichnet sich durch eine extrem gesteigerte Prozessgeschwindigkeit bei der Verarbeitung von günstigen Standard-Kunststoffgranulat aus. Zur additiven Herstellung von lastpfadangepassten hoch belastbarer Strukturbauteilen ist die Erweiterung des Verfahrens mit einer Endlosfaserverarbeitung vorgesehen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer an das bestehende Extrusionssystem adaptierbaren Düse, zum Einzug und Imprägnierung eines trockenen Kohlenstofffaserroving mit der Kunststoffschmelze zum anschließenden geregelten Ausstoß des imprägnierten Faserstranges für einen 3D-Druckprozess. Darüber hinaus ist eine Schneideinrichtung mit zu integrieren, die ein Abschneiden des Rovings während des 3D-Druckprozesses ermöglicht. Dabei ist die Verarbeitung sowohl im Endlosfasern-3D-Druck als auch nur mit der extrudierten Kunststoffschmelze vorgesehen.

Kontakt

Dr.-Ing. Martin Kausch
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1020
martin.kausch@iwu.fraunhofer.de
https://www.iwu.fraunhofer.de/

SPM-02: Intelligente Komponenten aus faserverstärkten Kunststoffen

Für komplexe Profilstrukturen wird der Einsatz faserverstärkter Kunststoffprofile aufgrund deren herausragender Eigenschaften angestrebt. Ziel des Projektes SPM-02 ist die Entwicklung und Bereitstellung geeigneter Technologien zur Sensorierung bzw. Aktorierung der Profilstrukturen, um das Anwendungsspektrum für diese signifikant zu erweitern. Dabei werden zwei Entwicklungsrichtungen verfolgt. Der erste Lösungsansatz beinhaltet die integrierte Funktionalisierung durch die Verwendung intelligenter Halbzeuge. Im zweiten Ansatz wird eine nachträgliche Funktionalisierung durch Aufbringen entsprechender Funktionsmaterialien angestrebt.

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Dipl.-Ing. Carsten Lies
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 5397-1941
carsten.lies@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de/pultrusion

SPM-03: Texturierte bleifreie piezoelektrische Thermoplast-Feedstocks und –Fasern für die additiv generative Fertigung

Piezoelektrische Aktivität, das heißt eine stoffliche Kopplung mechanischer und elektrischer Feldgrößen, direkt in der unermässlichen Formvielfalt in Kunststoffkörper und Textilien einzubringen ist die Vision zu diesem Projekt. Dazu werden thermoplastische Verbundwerkstoffe mit piezoelektrischen Partikeln entwickelt, die mit dem bekannten „Fused Filament Fabrication“-Verfahren verdruckt oder zu flexiblen textilen Fasern versponnen werden können. Nach Aktivierung der piezoelektrischen Eigenschaften mittels zu erforschender Polungstechnologien Kontaktierung der piezoelektrisch aktiven Bereiche liegen so lokale sensorische und aktorische Eigenschaften vor.

 

 

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Dr.-Ing. Peter Neumeister
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28
01277 Dresden, Germany
Telefon +49 351 2553-7372
peter.neumeister@ikts.fraunhofer.de

SPM-04: 3D³ - Additive Fertigung von faserverstärkten 3D-Druck-Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften auf Basis reaktiver Polymersysteme

Individualisierte Leichtbaustrukturen auf Basis endlosfaserverstärkter Kunststoffe und maßgeschneiderten Eigenschaften sowie beanspruchungsgerecht optimierter Geometrie sind mit konventionellen Technologien nur eingeschränkt umsetzbar. Insbesondere duroplastische Matrixsysteme bieten hierbei ein breites Verarbeitungsspektrum zur gezielten Einstellung einer stufenweisen Vernetzungsreaktion. Das Ziel des Vorhabens 3D³ ist die Entwicklung und Umsetzung eines neuartigen Fertigungsprozesses zur Verarbeitung von 2K-Harzsystemen und Endlosfaserverstärkung. Eine besondere Herausforderung besteht in der prozess- und materialseitigen Abstimmung der Teilschritte Fasertränkung und Formgebung in Korrespondenz mit den rheologischen Eigenschaften der Matrix während der Vernetzungsreaktion. Während für die Tränkung eine vergleichsweise geringe Viskosität der Matrix vorliegen muss, so sollte diese bereits wenige Sekunden später bei dem Austrag und der Formgebung eine ausreichende Formstabilität aufweisen. Das außergewöhnlich hohe Leichtbaupotential wird zum Projektabschluss mit der Umsetzung einer prototypischen Geometrie demonstriert.

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Prof. Dr.-Ing. Maik Gude
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 38153
maik.gude@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ilk

 

Dipl.-Ing. Sirko Geller
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 42197
sirko.geller@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/ilk

SPM-05: GeVoTop - Entwicklung eines generativen Verfahrens zur Herstellung räumlicher Strukturen mit Funktionsintegration zur Realisierung vordefinierter Topologien

Die Ziele des Projektes bestehen in der Entwicklung von adaptiven 3D-FKV-Strukturen mit hoher geometrischer Komplexität, deren effektive funktionsspezifische Auslegung mittels einer simulationsgestützten Prozesskette sowie einer Technologie zu deren Fertigung durch gezielte räumliche Ablage von Formgedächtnisdrahtaktoren (FGL) und vorimprägnierten Verstärkungsfasern mittels robotergestützter Ablagetechnologie.

Um diese Zielstellungen zu erreichen, werden die am ITM bereits bestehenden FEM-Modelle weiterentwickelt und auf dieser Basis systematisch die Verformungspotenziale von FKV-Strukturen in Abhängigkeit ihrer geometrischen und strukturellen Parameter virtuell analysiert und evaluiert. Es werden Systeme zur effektiven Ankopplung der FGL-Aktoren an die umgebenden FKV-Strukturen entwickelt und deren Eignung sowohl theoretisch analysiert als auch praktisch funktionsseitig erprobt und bewertet. Zur Fertigung der Strukturen werden robotergestützte Prozesse zur lastgerechten Fadenablage und Inlineimprägnierung um Möglichkeiten zur gezielten parallelen oder sequenziellen dreidimensionalen Ablage von Verstärkungsgarnen (Kohlenstoff- (CF) bzw. Glasfasern (GF)) und FGL erweitert.

Die entwickelten Teilprozesse und Technologien werden zu einer Prozesskette zusammengeführt und die erreichbare Bauteilqualität anhand von Probekörpern validiert. Das Funktionspotenzial des neuartigen robotergestützten Garnablageverfahrens zur simultanen Verarbeitbarkeit von imprägnierten Verstärkungsfäden und drahtförmigen FGL-Aktoren wird anhand eines generischen Funktionsdemonstrators in Form eines Stabtragwerkes aufgezeigt.

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Dr.-Ing. Andreas Nocke
Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 35244
andreas.nocke@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de

SPM-06: Funktionalisierungskonzept zur in situ Beanspruchungsermittlung

Eine der Herausforderungen für additiv gefertigte Strukturen liegt in der Vorhersage und Erhöhung ihrer Lebensdauer, für die in situ Messmethoden zu Erfassung spezifischer Beanspruchungen erforderlich sind. Die komplexen Geometrien topologieoptimierter Bauteile schließen jedoch die Anwendung der meisten herkömmlichen Verfahren, wie Dehnungsmessstreifen zur Beobachtung lokaler Deformationen, aus.
Auf Basis multifunktionaler und multimaterieller Druckmethoden wird es in Zukunft möglich sein, die Generierung entsprechender Sensoren in den Druckprozess mit einzubeziehen. In diesem Projekt sollen die ersten Schritte hin zu einer bedarfsgerechten Sensorik für additiv gefertigte Strukturen unternommen werden. Dazu werden funktionalisierte Oberflächen simuliert, die den Beanspruchungszustand lokal und in situ ermitteln. Die gewonnenen Erkenntnisse werden im Anschluss für eine Optimierung am Beispiel von gedruckten Metallstrukturen hinsichtlich ihrer Belastbarkeit eingesetzt.

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Prof. Dr. Gianaurelio Cuniberti
Professur für Materialwissenschaft und Nanotechnik
Institut für Werkstoffwissenschaft
Technische Universität Dresden
Tel.: +49 (0) 351 463 31420
office@nano.tu-dresden.de
www.nano.tu-dresden.de/

 

Dipl.-Phys. Florian Pump
Institut für Werkstoffwissenschaft
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 31409
florian.pump@tu-dresden.de
www.nano.tu-dresden.de/

SPM-07: Smart Powder - Maßgeschneiderte metallische Pulver für Hochleistungsanwendungen

Das Vorhaben im Cluster Materials verfolgt das Ziel Pulverwerkstoffe für Additive Fertigungsverfahren und Sinterprozesse bereitzustellen, die einen großen Freiheitsgrad in der Kombination der verwendeten Metalle und Zusatzstoffe, wie z. Bsp. der Legierungselemente oder Verstärkungspartikel erlauben und damit neben der Geometrieflexibilität des Fertigungsverfahrens auch eine Materialflexibilisierung ermöglichen.
Über einen Hochenergiekugelmahlprozess (HEM) werden metallische Pulver mit Legierungselementen und Verstärkungsphasen zu einem Verbundpulver verarbeitete. In dem Plattformprojekt sollen die Grundlagen zur Herstellung maßgeschneiderter Pulver erarbeitet werden, auf deren Basis interessierte Industriepartner für ihre spezifischen Anwendung Spezialpulver herstellen können. Diese Smart Powder werden in Sinter-verfahren und generativen Fertigungsprozessen weiterverarbeitet und hinsichtlich ihrer Eigenschaften charakterisiert. Das Projekt ist eine Kooperation zwischen der Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde der TU Chemnitz und der Professur für Werkstofftechnik der TU Dresden.

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Prof. Dr.-Ing. Guntram Wagner
Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde
Technische Universität Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 531 36171
guntram.wagner@mb.tu-chemnitz.de
www.tu-chemnitz.de

 

Prof. Dr.-Ing. habil. Christoph Leyens
Professur für Werkstofftechnik
Technische Universität Dresden
Tel.: +49 (0) 351 463 42480
christoph.leyens@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de

SPM-08: Spanende Nachbearbeitung von nitrierten Stahlschichten

Die wissenschaftliche Zielstellung des Projektes liegt in der technologischen Entwicklung einer thermomechanisch behandelten thermischen Spritzschicht und deren nachgelagerten spanenden Finish-Bearbeitung zur gezielten Bauteil- und Werkzeugfunktionalisierung. Dabei soll durch eine verfahrenstechnische Kombination aus thermischem Spritzen und Gasnitrierung als thermochemischen Wärmebehandlungsprozess eine für die mechanische Nachbearbeitung geeignete, vorkonditionierte Oberfläche entwickelt werden. Mit der Begrenzung der behandelten Randschichttiefe auf oberflächennahe Einzelpartikelbereiche wird eine für die spanende Bearbeitung notwendige hinreichende Zähigkeit tieferliegender Bereiche sichergestellt. Durch die kombinierte Entwicklung der thermochemischen Behandlungsparameter und der nachgelagerten Hartdreh- bzw. Hartfräsprozesse soll so eine für die o.g. tribologischen Anwendungsfelder geeignete Oberflächentopografie eingestellt werden, die durch geringe Rauheit und offene Porosität charakterisiert sind.

Im Ergebnis steht erstmalig die tribologischen Einflussnahme an Gleitsystemen in Maschinen und Anlagen sowie bei Werkzeugen für die Umformtechnik unter direkter, beständiger und gezielter Ausnutzung der beim thermischen Spritzen eingestellten Schichtmikrostruktur für die eingestellte Funktionsoberfläche.

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Dr.-Ing. Thomas Grund
Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik
Technische Universität Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 531 35390
thomas.grund@mb.tu-chemnitz.de
www.tu-chemnitz.de

 

Dipl.-Ing. Jörg Schneider
Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1934
joerg.schneider@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-09: Abtragende Endbearbeitung additiv gefertigter metallischer Bauteile

In der industriellen Fertigung zeichnet sich über die letzten Jahre ein stetig wachsender Bedarf an hochflexiblen Fertigungsverfahren ab. Diese Entwicklung ist mit einem ebenso stetigen Anstieg des geometrischen und materialtechnischen Anforderungsprofils einzelner Bauteile gekoppelt, so dass die additive Fertigung zunehmend an Relevanz gewinnt. Der wirtschaftlich rentable Einsatz dieser Verfahren wird momentan jedoch noch durch viele Herausforderungen in Bezug auf die Materialvielfalt, Prozessgeschwindigkeit und insbesondere Präzision begrenzt. Häufig ist eine Nachbearbeitung durch trennende Fertigungsverfahren notwendig. Mit Hilfe elektrochemischer Abtragprozesse soll in diesem Projekt ein Ansatz für eine teilautomatisierte Endbearbeitung komplexer Innengeometrien additiv gefertigter metallischer Bauteile entwickelt werden. Dabei wird die Prozesskette durch den Einsatz des Elektrochemischen Abtragens (Electrochemical Machining – ECM) zeitlich und wirtschaftlich effizient gestaltet. Dieses Verfahren soll insbesondere bei komplexeren Innengeometrien mit variierenden Querschnitten, Bohrungsverschneidungen oder Hinterschneidungen angewandt werden, da diese bislang nicht lokal nachbearbeitet werden können.

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Prof. Dr.-Ing. Andreas Schubert
Professur für Mikrofertigungstechnik
Technische Universität Chemnitz
Reichenhainer Straße 70, 09126 Chemnitz
Telefon +49 (0) 371 531 34580
Andreas.schubert@mb.tu-chemnitz.de
www.tu-chemnitz.de

SPM-10: Modellbasierte adaptive Zerspanungsprozesse für maschinelle Korrektur der Werkzeugform – Feinbearbeitung additiv hergestellter Werkzeugform

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer effizienten Fertigungstechnik zur automatisierten Feinbearbeitung von additiv gefertigten Werkzeugformen. Dabei kann auf bereits entwickelte innovative Werkzeuge und Bearbeitungsstrategien für die Feinbearbeitung von Umformwerkzeugen zurückgegriffen werden. Die Herangehensweise umfasst die Übertragung dieser innovativen Ergebnisse auf die speziellen Anforderungen generativ gefertigter Bauteile. Spezifische Anforderungen für die Bearbeitung additiv gefertigter Bauteile sind unter anderem die neuartigen Werkstoffe und deren prozessbedingte Randzoneneigenschaften, die dynamische Anregung des Werkzeugs durch die Schichtstrukturen und das spezifische Bauteilspektrum. Mit den im Projekt erarbeiteten Technologien wird es möglich sein, generativ gefertigte Bauteile mit hoher Genauigkeit prozesssicher und effizient herstellen zu können.

 

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Dipl.-Ing. Konstantin Kusch
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 5397-1813
Konstantin.kusch@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-11: Additiv generative Fertigung von komplexen Reinkupferkörpern mittels Binder Jetting

Ziel des Vorhabens ist die Verarbeitung von Kupfer mittels des additiven Fertigungsverfahrens namens Binder Jetting zu komplexen Geometrien und Bauteilen, wie Spulen oder Wärmetauscher. Kupfer besitzt aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitung, Duktilität) eine riesige industriell-wirtschaftliche Bedeutung. Heute ist dieses Material in der gesamten Elektrobranche unverzichtbar.

Insbesondere hinsichtlich der Dichtheit von additiv gefertigten Volumenkörpern besteht großer Forschungsbedarf. Die gefertigten Teile weisen zumeist nur eine geringe Dichte von ~ 85% nach dem Sintern auf, da der organische Binder als gasförmiges Produkt abtransportiert werden muss. Weiterhin ist die Verunreinigung des Bauteils mit Kohlenstoff nicht ganz auszuschließen.

Der Lösungsansatz sieht vor, diese beiden Herausforderungen durch die Entwicklung neuer Bindemittel und Pulverzusammensetzungen zu überwinden. Durch die Anpassung des Pulversystems, Binders und Sinterprozesses soll die Bauteildichte auf > 95 % gesteigert werden.

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Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens
Professur für Werkstofftechnik
Institut für Werkstoffwissenschaft
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 42480
christoph.leyens@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de

SPM-12: Nutzung kurzwelliger Strahlquellen zur Verarbeitung hochreflektiver Werkstoffe durch additive Fertigung

Innerhalb des Vorhabens soll die am Fraunhofer IWS verfügbare Werkstoffpalette, die vor allem Superlegierungen, Titan- und Aluminiumlegierungen sowie verschiedene Stähle umfasst, um Kupfer erweitert werden. Mittels pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (LPBF) hat das Fraunhofer IWS bereits komplexe Spulen (siehe Bild 1), Induktoren und hocheffiziente Wärmetauscher hergestellt. Diese Anwendungen erfordern häufig die Nutzung von Reinkupfer, das bisher am IWS nur durch das Auftragschweißen mittels grünen Laser additiv verarbeitet werden kann. Allerdings ist die Auflösung und Geometriekomplexität der LPA-Kupferbauteile derzeit noch beschränkt. Die vorhandenen Kompetenzen werden nun für das Vorhaben gebündelt, um diese Werkstoffklasse durch die Integration eines grünen Lasersystems (515 nm) auch für Pulverbettverfahren (LPBF) zu erschließen. Mit der geschaffenen Prozesstechnik wird zum einen die Laser-Pulver-Wechselwirkung gesamtheitlich charakterisiert und zum anderen ein stabiler SLM Prozess für den Aufbau dichter Volumenkörper entwickelt. Unter Berücksichtigung der ermittelten thermischen, elektrischen und mechanischen Materialeigenschaften wird abschließend ein anwendungsorientiertes Kupferbauteil ausgelegt und exemplarisch gefertigt.

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Dr.-Ing. Elena Lopez
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 (0) 351 83391 3296
elena.lopez@iws.fraunhofer.de
www.iws.fraunhofer.de

SPM-13: HardPrint - Funktionsgenerierung durch Werkstoffkombination von WC, TiCN, Co und Ni

Im Projekt HardPrint sollen Funktionsgenerierungen von Werkzeugwerkstoffen der Materialklassen Hartmetall und Cermets mittels zweistufigen thermoplastischen 3D-Druck realisiert werden. Das Ziel ist dabei die beide einzeln aber noch nicht als Multimaterial eingesetzten Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe zu neuartigen innovativen Werkzeugen für Anwendungen im Bereich der Zerspanung und Oberflächenbearbeitung sowie für Verschleißanwendungen nutzbar zu machen. Als Kombinationsmöglichkeiten sollen so z.B.  Werkzeuge mit stark wärmeleitfähigen Hartmetall und schwach wärmeleitfähigen Cermet realisiert oder die hohe Bruchzähigkeit von Hartmetallen mit der hohen Zunderbeständigkeit von Cermets kombiniert werden um zukünftig auch bei Hochtemperaturzerspanungsaufgaben längere Werkzeugstandzeiten zu realisieren.

 

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Dr.-Ing. Johannes Pötschke
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: +49 (0) 351 2553 7641
johannes.poetschke@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de/de/hartmetalle

SPM-14: FuMiFlu - Funktionalisierte Mikrofluidkomponenten

Besondere technische Herausforderungen bestehen in der additiven Fertigung keramischer Komponenten dann, wenn mehrere keramische Werkstoffe zu einem komplexen funktionalen Gebilde strukturiert und integriert werden sollen. Das Vorhaben SPM-04 richtet sich hierauf. Additiv gefertigte dielektrische Komponenten werden mit keramikkompatiblen funktionellen Schichten bedruckt, diese durch thermische Nachbehandlung verdichtet und so keramikbasierte Mikrosysteme mit integrierter elektrischer oder sensorischer Funktion hergestellt. Das Vorhaben konzentriert sich auf mikrofluidische Anwendungen. Neben Fragen der Werkstoffentwicklung und der Formgebungstechnologie, werden ebenso solche des Entwurfs und der funktionsbezogenen Charakterisierung der mikrofluidischen Demonstratoren und Komponenten bearbeitet.

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Dr.-Ing. Holger Neubert
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 (0) 351 2553 7615
holger.neubert@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

SPM-15: Insitu Qualitätsprüfung in der additiven Fertigung von Keramiken

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Dipl.-Ing. Andreas Lehmann
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 (0) 351 88815 571
andreas.lehmann@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

SPM-16: Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens zur adaptiven Prozesssteuerung für den Thermoplastischen 3D‐Druck von co-gesinterten Multimaterialbauteilen

Die Entwicklung des additiven Fertigungsverfahres Thermoplastic 3D Printing (CerAM T3DP) steht vor der Herausforderung sehr komplexe prozessimmanente Zusammenhänge des Verfahrens zu ermitteln, um sowohl eine qualitätsgerechte als auch eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichen zu können. Die Komplexität resultiert einerseits aus der Vielzahl an Einflussgrößen (aus Material, Druckprozess und Umgebung) und andererseits aus der Mehrstufigkeit des Prozesses (Drucken, Entbindern, Sintern, Nachbearbeiten). Aus der Möglichkeit, Multimaterialbauteile generieren zu können, resultiert ein zusätzlicher Komplexitätsanstieg. Für die effiziente Generierung des Prozessverständnisses und die künftige qualitätsgerechte und reproduzierbare Prozessführung werden neuartige Methoden benötigt. Ziel des Projekts ist es daher, die Potenziale von Verfahren des Data Mining und des Maschinellen Lernens zu analysieren und für den Druckprozess anzuwenden. Dabei steht die Tropfen- und Schichtbildung im Fokus der Untersuchungen.

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Dr.-Ing. Tassilo Moritz
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 (0) 351 2553 7747
tassilo.moritz@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

 

Dr.-Ing. Hajo Wiemer
Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Technische Universität Dresden
Telefon: +49 (0) 351 463 32004
hajo.wiemer@tu-dresden.de
www.tu-dresden.de

SPM-17: Analyse der Prozessgrenzen bei der wirkmedienbasierten Fertigung von Bipolarplatten

Ziel des Projektes ist die Untersuchung wirkmedienbasierter Verfahren hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die Fertigung von Bipolarplatten. Dabei wird im Besonderen der Einfluss der Umformgeschwindigkeit und des verwendeten Wirkmediums betrachtet. Als Wirkmedien dienen Elastomere und HFA-Emulsionen. Die Umformung erfolgt entweder quasistatisch über konventionelle Antriebe oder über ein elektromagnetisch beschleunigtes Werkzeug.

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Dipl.-Ing. Maik Linnemann
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 5397-1335
Maik.linnemann@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-18: Hybride Sensorsysteme und Anwendung sensornaher KI Methoden für Industrie 4.0

Die vierte industrielle Revolution beeinflusst die Produktion von Gütern und die damit verbundenen Fertigungsverfahren ähnlich wie seinerzeit die Einführung der Dampfkraft oder der Mikroelektronik den technisch/technologischen Fortschritt beeinflusst haben. Innovationstreiber hierfür sind intelligente und vernetzte „Smart Systems“, die physikalische, chemische oder biologische Parameter detektieren, analysieren und gezielt auf die Umgebung einwirken. Einen maßgeblichen Einfluss zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit von „Smart Systems“ nimmt das Technologiegebiet der Künstlichen Intelligenz ein.

Innerhalb des Projektes werden insbesondere On-Board-Lösungen und Lernkonzepte zur sensornahe Datenauswertung erprobt, mithilfe bestehender und funktional erweiterter Sensorik- und Schnittstellenkonzepte bewertet und demonstrativ angewendet.

 

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Dr.-Ing. Alexander Weiß
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
Technologie-Campus 3, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 45001 246
alexander.weiss@enas.fraunhofer.de
https://www.enas.fraunhofer.de/de/Abteilungen/MDI.html

SPM-19: Digitale Messdatenerfassung für komplexe 3D-Schmiederohteilgeometrien nach dem Hochtemperatur-Umformprozess

Die digitale Messdatenerfassung komplexer 3D-Schmiederohteile unmittelbar nach dem Umformprozess im Hochtemperaturbereich bis 1200°C, bildet die Grundlage für die Digitalisierung von Produktionsprozessen in der Warmmassivumformung. Ziel des Projektes ist es, die Ausschussrate zu minimieren und somit den Energie- und Materialeinsatz, sowie die damit verbundenen Kosten zu senken. Die Kombination von optischer und laserbasierender Datenerfassung unter den Arbeits- und Umgebungsbedingungen in der Schmiedeindustrie, soll eine schnelle Erkennung von fehlerhaften Schmiedeteilen ermöglichen. Dieser Prozess erlaubt somit eine schnellere Analyse der Fehlerursache und einer umgehenden Korrektur, ohne dass bereits Nachfolgeprozesse von fehlerbehafteten Teilen durchlaufen worden. Diese Vorgehensweise führt damit zu einem nachhaltigen Produktionsprozess in einem modernen Produktionsumfeld der Schmiedeindustrie.

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Dipl.-Ing. André Wagner
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1339
andre.wagner@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-20: Nullfehlerproduktion durch automatische selbst-parametrisierende Reparatur von Laserschweißnähten

Mit dem Forschungsvorhaben soll, zusammen mit der Firma a.i.m. all in metal GmbH, ein neues Fertigungskonzept entwickelt und umgesetzt werden. Da das Entstehen von Schweißnahtfehlern in einer Serienproduktion durch keinerlei Maßnahmen je völlig ausgeschlossen werden kann, beinhaltet dieses Konzept die automatische Detektion möglicher Imperfektionen mittels einer zerstörungsfreien Prüfung und die nachfolgende Reparatur der Schweißnahtfehler noch innerhalb der Serienanlage durch eine automatische, selbstparametrisierende Fehlerreparaturstrategie.

 

 

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Dr.-Ing. habil. Frank Riedel
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Telefon +49 (0) 371 5397 1300
frank.riedel@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-21: ProSens - Prozessintegrierte Sensorerfassung

Das Ziel des institutionsübergreifenden Projektes ist die Herstellung von Strukturkomponenten mit hoher Leistungs- und Funktionsdichte. Durch die Integration aktiver Bauelemente, wie Sensoren und Sensorsysteme wird ein höheres Niveau des Wertschöpfungsgrades erschlossen. Dadurch soll die Überwachung und Regelung des hohen thermischen Einflusses bei der Technologieverschmelzung von hybridgeformten Mehrkomponenten Bauteilen gewährleistet werden. Die Sensoren dienen dazu, prozessrelevante Schwankungen zu detektieren und dem entsprechenden Regelkreis in der Anlagentechnik zu übermitteln. So werden Temperatureinflüsse während des Herstellprozesses minimiert und optimiert.

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Dipl.-Ing. Torsten Vogel
Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung
Technische Universität Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 531 32475
Torsten.Vogel@mb.tu-chemnitz.de
www.leichtbau.tu-chemnitz.de

 

Dr.-Ing. Martin Kausch
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1020
martin.kausch@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

 

Dr.-Ing. Alexander Weiß
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
Abteilung Multi Device Integration
Technologie-Campus 3, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 45001 246
alexander.weiss@enas.fraunhofer.de
www.enas.fraunhofer.de

SPM-22: ProSens+ - Sensorierte Herstellung von FKV- und hybriden Mehrschichtverbundbauteilen im Pressprozess

Strukturbauteile für automobile Anwendungen werden in zunehmendem Maße aus thermoplastischen Faserhalbzeugen im Pressverfahren hergestellt. Die Kombination aus UD-Halbzeugen, Organoblechen, fließfähigen GMT-Halbzeugen sowie funktionalen Metalllagen erlaubt dabei die Umsetzung von belastungsgerechten und funktionalen Bauteilen hoher Komplexität. Bei der Verarbeitung der verschiedenen Halbzeugmaterialien im Pressprozess ist ein geregeltes Temperatur- und Druckverhalten zwingend erforderlich, um hohen Bauteilqualitäten sicherzustellen sowie thermische Materialschädigung zu vermeiden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Systems zur Prozessdatenerfassung während der Herstellung von Strukturbauteilen aus thermoplastischen Faserhalbzeugen im Pressprozess.

 

Kontakt

Dr.-Ing. Martin Kausch
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1020
martin.kausch@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-23: Digitaler Zwilling für Presse, Werkzeug und Prozess

Der Werkzeugeinarbeitungsprozess erfolgt spezifisch und zeitintensiv für jede Kombination aus Umformmaschine und Werkzeug in einer hochgradig manuellen und erfahrungsbasierten Weise. Über die Verwendung gemeinsamer Digitaler Zwillinge sowohl für das Verhalten der Umformmaschine, des Werkzeuges als auch des Umformprozesses wird der Entstehungsprozess weiter qualifiziert und eine Reduktion des Aufwandes ermöglicht. Das Projekt zielt damit auf die ganzheitliche Betrachtung der Umformung und den Einbezug der relevanten elasto-mechanischen Zusammenhänge in die Umformsimulation sowie die generelle Bereitstellung von das Maschinenverhalten charakterisierenden Modellierungsansätzen. Weiterhin lässt ein entsprechend abgeglichener Digitaler Zwilling sich in anschließenden Domänen wie Prozessüberwachung, Qualitätssicherung oder Instandhaltung einsetzen.

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Dipl.-Ing. Robert Tehel
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1357
Robert.tehel@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-24: Kollaborierende Fertigungstechnik für die kostengünstige Oberflächenbearbeitung

Ziel des Teilprojektes ist es, Grundlagen und Ansätze für die preiswerte Oberflächenbearbeitung im Werkzeugbau in Form von Lösungskonzepten zu erarbeiten. Im Zentrum der Arbeiten steht der Einsatz von Industrierobotern. Hierfür werden zum einen experimentelle Eigenschaftsanalysen und Bearbeitungstests zur Bewertung der Genauigkeit und des Schwingungsverhaltens durchgeführt. Zum anderen werden alternative Messsystemansätze und aktive Systeme zur Schwingungsreduktion mit dem Ziel einer Funktionalitätsverbesserung von Industrierobotern untersucht.

 


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Dipl.-Ing. Markus Wabner
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1458
markus.wabner@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

SPM-25: Implementierung von umformbasierten Prozessketten für Powertrain-Komponenten

Zielstellung des Teil-Projektes im Rahmen des Leistungszentrums Smart Production and Materials ist die Entwicklung und Erprobung kombinierter Fertigungsfolgen (Umformung und Zerspanung) für rotationssymmetrische Bauteile auf einer Maschine. Basis ist dabei eine umformbasierte Prozesskette für Getriebehohlwellen, wobei speziell die Fertigung der wellenintegrierten Verzahnung auf innovativen Umformprozessen basieren soll.
Im Speziellen sollen die Verzahnungsvorbearbeitung und die Hartfeinbearbeitung auf einer Maschine realisiert und umgesetzt werden, mit der Option für induktive Erwärmungsprozesse (flexibles Erwärmungssystem). Zu realisierende Arbeitsschritte im Projekt sind die Optimierung der umformenden Teilprozesse der Verzahnungsherstellung in den entsprechenden Verzahnungsqualitäten, die konstruktive und bauliche Umsetzung einer kombinierten Umform/Zerspanmaschine beim industriellen Anwender sowie die Entwicklung und Integration einer induktiven Erwärmungseinheit für eine flexible Gestaltung sowohl von Kalt- als auch vor allem Warmumformprozessen zur Verzahnungsherstellung.

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Dr.-Ing. Andreas Sterzing
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik (IWU)
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 (0) 371 5397 1221
andreas.sterzing@iwu.fraunhofer.de
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