Kategorie: Fachartikel

Informative und spannende Fachartikel aus Werkstoffe in der Fertigung.

Stabile Fertigungsprozesse durch Beherrschung der Komplexität bei Werkstoffen

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Bild 1: Bei der FEM-Simulation von Fertigungsprozessen sind werkstoffspezifische Materialkarten unverzichtbar (Quelle Fa. Dynaweld)

Bild 1: Bei der FEM-Simulation von Fertigungsprozessen sind werkstoffspezifische Materialkarten unverzichtbar (Quelle Fa. Dynaweld)

Allgemein werden in der heutigen Fertigung stabile Prozesse angestrebt, da sie eine Voraussetzung für Produktivität und Kosteneffizienz sind. Werkstoffe können dabei zugleich Erfolgsfaktor, beispielsweise durch überlegene Eigenschaften, und Störfaktor, beispielsweise durch Chargenschwankungen sein. Chargenschwankungen treten beispielsweise dann häufig auf, wenn der Hersteller eines Halbzeugs geändert wurde. Dies ist wiederum ein Beleg dafür, dass die Bestellvorschrift für das entsprechende Halbzeug nicht präzise genug gefasst war. Oft reichen die Angaben in Normen nicht aus, um stabile Prozesse zu gewährleisten. Besonders ärgerlich sind „metastabile“ Fertigungsprozesse. Sie laufen vermeintlich stabil und ur­plötzlich entstehen hohe Mengen an Ausschuss und/oder Nacharbeit. Eine mögliche Fehlerquelle ist dabei der Werkstoff. Weiterlesen

Der Lack als Werkstoff

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Abb.1: Schäden durch Korrosion und Lackenthaftung lassen sich vermeiden

Abb.1: Schäden durch Korrosion und Lackenthaftung lassen sich vermeiden

Die Oberflächenbehandlung ist ein entscheidender Schritt in der Fertigung, da über sie die finalen Eigenschaften des Werkstücks erzeugt werden, sowohl in ästhetischer Sicht, als auch in funktioneller Hinsicht und der Langzeit-Beständigkeit.

In der Fertigung spielt einerseits das komplexe Zusammenspiel zwischen den Materialeigenschaften des flüssigen Lackmaterials und des aus­gehärteten Lackfilms und dem Beschichtungsprozess eine große Rolle. Andererseits wechselwirkt der Lack mit dem Grundwerkstoff, sodass bei den Fertigungsprozessen beides berücksichtigt werden muss. Weiterlesen

Metalinsen

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Dr. David Offenberg, Dr. Ramona Langner, Dr. Diana Freudendahl

Metalinsen sind neuartige optische Bauteile, die Licht nicht wie herkömmliche Linsen fokussieren, sondern auf sogenannten Metaoberflächen beruhen. Dadurch können sie bis zu 1000-mal flacher ausfallen und zukünftig bisher unerreicht kompakte und leichte optische Systeme ermöglichen – möglicherweise sogar mit Auflösungen unterhalb der Wellenlänge.

Eine Metalinse besteht aus einem flachen lichtdurchlässigen Trägermaterial mit einer nanostrukturierten Oberfläche, die mehrere hundert Nanometer dick ist und sich aus unterschiedlich dimensionierten Elementen wie Säulen, Rillen oder Bohrungen von wenigen zehn bis hunderten Nanometern Durchmesser zusammensetzt. In den letzten Jahren gab es vor allem bedeutende Fortschritte bei der computerbasierten Berechnung solcher komplexer nanostrukturierter Oberflächen, mit denen die Ausbreitung des Lichts beeinflusst wird. So funktionieren experimentell demonstrierte Metalinsen nicht mehr nur im Bereich einer einzelnen Wellenlänge, sondern beispielsweise auch fast im gesamten sichtbaren Spektralbereich. Je nach Wellenlängenbereich, in dem eine Metalinse eingesetzt werden soll, werden für diese Metaoberflächen Materialien mit einem entsprechend geeigneten Transmissionsverhalten verwendet (z. B. Titandioxid, Siliziumnitrid oder Galliumphosphid im sichtbaren und Aluminiumnitrid im ultravioletten Spektralbereich sowie Chalkogenid-Legierungen im mittleren und Silizium im langwelligen Infrarotbereich). Weiterlesen

Qualitätssicherung mittels Spektroskopie bei der laserbasierten experimentellen Werkstoffentwicklung

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Abstract

Die Entwicklung und Verfügbarkeit von Werkstoffen und den aus ihnen herstellbaren Werkzeugen und Produkten sind seit jeher die Basis für den technischen und sozialen Fortschritt. Nicht zuletzt für metallische Konstruktionswerkstoffe gilt jedoch, dass ihre Leistungsgrenzen in vielen Anwendungsgebieten bereits erreicht worden sind. Die zunehmenden Anforderungen an Eigenschaften und Qualität der Werkstoffe machen somit Innovationen in der Werkstoffentwicklung erforderlich. Mit der neuen Methode des Laser-Tieflegierens sollen die Grenzen der konventionellen Schmelzmetallurgie überwunden werden. Das Ziel dieser experimentellen Werkstoffentwicklung ist eine hochdurchsatzfähige und reproduzierbare Erzeugung von chemisch homogenen Legierungsvarianten. Die Beherrschung des Tieflegierprozesses hinsichtlich der Homogenität des Umschmelzbades ist hierfür ein wichtiger Schritt und soll mittels in-situ-Erfassung des Emissionsspektrums des prozessinduzierten Plasmas sichergestellt werden. In ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass der zeitliche Verlauf einer Chromlinie dafür geeignet ist, während des Umschmelzvorgangs die Veränderung des Elementgehaltes innerhalb des Umschmelzbades zu beobachten. So stellte sich beim Tieflegieren von einem Grundsubstrat aus unlegiertem Einsatzstahl 1.0401 mit einer vordeponierten Schicht aus einem pulverförmigen Edelstahl 1.4404 die Intensität der Chromlinie spätestens nach zwei Umschmelzvorgängen, was einer Dauer von 1,1 s entspricht, auf ein konstantes Niveau ein.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

Bild 1: Laser-Tieflegieren mit Prozessüberwachung mittels Spektroskopie.

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Von Instandhaltung zu Smart Maintenance – einer der primären Anwendungsfälle von Industrie 4.0

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Der Industriestandort Deutschland befindet sich im Wandel. Neue, digitale Technologien ermöglichen es, Betriebs-, Zustands- und Ereignisdaten in stetig steigender Menge zu erfassen, aufzubereiten, zu analysieren und für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen. Der Instandhaltung bzw. dem industriellen Service eröffnen sie das große Potential, eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen datenbasiert effektiver und effizienter zu erreichen als bisher. Dieser Wandel, ergänzt durch organisatorische sowie kulturelle Anpassungsprozesse zur Nutzung neuer Technologien, kann als Transformation zur Smart Maintenance verstanden werden. Auf Basis von digitalen Daten und Erfahrungswissen wird mittels Smart Maintenance die selbständige Weiterentwicklung der Instandhaltungsorganisation angestrebt, mit dem Ziel, den größtmöglichen Wertbeitrag für das produzierende Unternehmen zu leisten.

Top-Performer weisen einen höheren Detailgrad ihrer digitalen Anlagenstruktur auf als Follower

Top-Performer weisen einen höheren Detailgrad ihrer digitalen Anlagenstruktur auf als Follower
© FIR e. V. an der RWTH Aachen

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Multimaterialbauweisen mit laserbasierter Additiver Fertigung

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In zahlreichen gegenwärtigen und potentiellen Anwendungen kann von der Entwicklung von Multimaterial-Technologien profitiert werden. Durch Auf- und Anbringen von unterschiedlichen Materialien an strategischen Punkten im und um das Bauteil können gewünschte Eigenschaften gezielt realisiert oder verstärkt und Funktionen direkt integriert werden. Die Industrie nutzt Multimaterial-Designs in zahlreichen Anwendungen wie selbstverständlich.

Rotationssymmetrisches Multimaterial-Bauteil bestehend aus Cu-, Ni- und Fe-Basislegierungswerkstoffen

Bild 1: Rotationssymmetrisches Multimaterial-Bauteil bestehend aus Cu-, Ni- und Fe-Basislegierungswerkstoffen

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Digitale Lebenslaufakten in der industriellen Instandhaltung

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Industrielle Kollaboration

Die digitale Vernetzung ist im mittelständischen Maschinen- und Anlagenbau ein wichtiger Baustein, um die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens zu sichern. Unter anderem werden komplexe Anlagen und Maschinen mit industriellen Dienstleistungen verknüpft. Dazu zählen beispielsweise Wartungs- oder Remote-Dienstleistungen. Industrielle Dienstleistungen werden durch eine Verknüpfung von datenbasierten Services und physischen („Vor-Ort“-) Services gestaltet. Das setzt jedoch eine Zusammenarbeit verschiedener Akteure bei der Erbringung solcher Services voraus: Anlagenhersteller, IT- und Servicedienstleister bündeln ihre Kompetenzen und bringen gemeinsame Wertschöpfungsnetzwerke hervor. Bisher mangelt es hierfür allerdings an einer transparenten und standardisierten Lösung, die es ermöglicht, die Daten für eine unternehmensübergreifende Wertschöpfung für alle Partner sichtbar, verwertbar und austauschbar zu machen. Weiter gibt es bisher keine einheitliche Sprache, die eine effiziente und sichere Vernetzung von unterschiedlichen Unternehmen gewährleistet. Einen vielversprechenden Ansatz für diese Problematik liefern digitale Lebenslaufakten. Weiterlesen

Laserbearbeitung von technischer Keramik mit ultrakurzen Laserpulsen

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Abbildung 1: Laserabtrag bei einer vollständigen Bestrahlung der Fläche in Abhängigkeit der Fluenz (J/cm²) und dem Linienüberlapp

Abbildung 1: Laserabtrag bei einer vollständigen Bestrahlung der Fläche in Abhängigkeit der Fluenz (J/cm²) und dem Linienüberlapp

EINLEITUNG

Hochleistungskeramiken, wie Aluminiumoxid, Siliziumcarbid und Zirkoniumoxid sind für die Herstellung von Produkten in der Elektronikindustrie und Mechatronik fest etabliert. Verschiedene Komponenten wie z.B. Leiterplatten, Düsen, Filter und Sensoren profitieren von den spezifischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Verschleißfestigkeit, Säurebeständigkeit, Steifigkeit und elektrischen Isolation. Da die Grün- und Weißbearbeitung nur weite Toleranzen zulassen, ist eine nachgehende Hartbearbeitung unabdingbar, sofern Geometrien mit engen Toleranzen hergestellt werden müssen. Da die mechanische Bearbeitung aufgrund der Härte und Sprödigkeit von keramischen Werkstoffen mit hohem Verschleiß am Werkzeug verbunden ist und lange Bearbeitungszeiten notwendig sind, haben sich in der Keramikverarbeitung Laserbearbeitungsverfahren etabliert. Weiterlesen

Lagerreparatur statt Lageraustausch – eine wirtschaftliche Alternative

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Bild: The Timken Company

Einführung

Die Reparatur von Lagern ist nicht neu, gewinnt bei Kunden aus der Schwerindustrie jedoch zunehmend an Bedeutung, bietet sie doch einen spürbaren Mehrwert. Weiterentwicklungen bei Lagerbauformen und -materialien, Instandhaltung und Reparaturmethoden haben die Möglichkeiten und die Akzeptanz der Lagerreparatur als einen effizienten Weg zur Verlängerung der Lagerlebensdauer deutlich verbessert.

Ist ein Wälzlager beschädigt, leidet darunter die gesamte Produktion, was in zusätzlichen Kosten, höherem Wartungsaufwand, unnötigen Stillstandzeiten und eventuell längeren Lieferzeiten für das Endprodukt resultiert. Weiterlesen

Track & Trace als Basis für die Kreislaufwirtschaft in der Automobilindustrie

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Die Kreislaufwirtschaft zielt darauf ab, den aktuellen „take, make & dispose“-Ansatz der linearen Wirtschaft, der Auslöser massiver Ressourcenverschwendung ist, durch die mehrfache, wertschöpfende Zufuhr von Produkten in den Produktionsprozess zu verändern. Hierdurch kann der Ressourcen- und Energieverbrauch reduziert sowie die Wirtschaftlichkeit der Unternehmen erhöht werden. Eine Voraussetzung für die Implementierung der Kreislaufwirtschaft ist die lückenlose Nachverfolgbarkeit von Produkten, Komponenten und Materialien. So wird ermöglicht, dass Produkte, die am Ende ihres Lebenszyklus wieder in den Besitz eines Unternehmens gelangen, leichter identifiziert, aufgearbeitet und weiterverwendet werden können. Der vorliegende Artikel zielt darauf ab, eine Übersicht aktueller Track & Trace-Technologien zu geben und die Möglichkeiten aufzuzeigen, wie mittels einer zentralen Austauschplattform ein Mehrwert aus Daten generiert werden kann.

Abbildung 1 Prinzip der zentralen, digitalen Fertigungsplattform zum Sammeln, Aggregieren und Austauschen von Informationen sowie Anwendungen zur Datenauswertung

Abbildung 1 Prinzip der zentralen, digitalen Fertigungsplattform zum Sammeln, Aggregieren und Austauschen von Informationen sowie Anwendungen zur Datenauswertung

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