Themen: informative Beiträge aus der Werstoffbranche

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Wie Mikroplastik in der Umwelt entsteht

Von HWAdmin Fachartikel, Forschung, Themen, Umwelttechnik

Abbildung 1 – Darstellung dominierender Umwelteinflüsse auf Polymere in natürlichen Habitaten. [2]

Ein zunehmendes gesellschaftliches Bewusstsein für Nachhaltigkeit und Umweltschutz schürt seit Jahren die Debatte rund um die Verwendung von Kunststoffen. Während ihr Einsatz in vielen Anwendungen in der Lebensmittel- und Medizintechnik oder für den Leichtbau schier unverzichtbar ist, spielen Kunststoffe auch bei der Energiewende hin zur nachhaltigen Stromproduktion mittels Windkraft eine unersetzliche Rolle.

Abseits von anspruchsvollen Anwendungen finden Polymere nur noch wenig Akzeptanz. Große Debatten werden über die Sinnhaftigkeit von kurzlebigen Produkten wie Plastikflaschen, Einwegtüten und Verpackungsmaterial geführt. Produkte, die sich in Form von unsachgemäß entsorgtem Müll vor allem in der Umwelt wiederfinden. Neben den unästhetischen Aspekten sorgt die Persistenz von Kunststoffen für weitaus langfristigere Probleme: die unkontrollierte Bildung und Freisetzung von Mikroplastik in die Umwelt. Und der Höhepunkt ist noch längst nicht erreicht. Eine Studie aus dem Jahr 2017 bestimmte eine Menge an 4,9 Billionen Tonnen Plastikmüll, der zwischen 1950 und 2015 in der Umwelt landete. [1] Und der zerfällt eben nur sehr langsam in immer kleinere Partikel. Weiterlesen

Mit Biomasse Seltene Erden recyceln

Von HWAdmin Forschung, Themen, Umwelttechnik

Prof. Thomas Brück bei der Probenentnahme am Photobiorektor am Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie. Diese Bioreaktoren nutzten die Forschenden, um Biomasse der untersuchten Cyanobakterien-Stämme zu produzieren. (Bildquelle: Andreas Heddergott / TUM)

Seltene Erden sind essenziell für zahllose Hightech-Anwendungen. Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es jetzt gelungen, diese Metalle mithilfe von bisher nicht untersuchten Bakterienstämmen aus wässriger Lösung zu recyceln.

Windkraftanlagen, Katalysatoren, Glasfaserkabel und Plasma-Bildschirme: Sie alle enthalten Seltene Erden. Da die 17 Metalle, die unter diesem Begriff zusammengefasst werden, für die modernen Technologien unentbehrlich sind, steigen die Nachfrage und die Kosten stetig. Das Vorkommen ergiebiger Abbaustätten ist begrenzt und die Produktion oft aufwändig und umweltschädlich. Die Vorteile, diese Ressourcen so effizient wie möglich zu recyceln, etwa aus Industrieabwässern in den Bereichen Bergbau, Elektronik oder chemische Katalysatoren, liegen also auf der Hand. Weiterlesen

KI beschleunigt Qualitätskontrolle für MEMS-Sensoren

Von HWAdmin Forschung, Qualitätskontrolle, Messtechnik, Sensorik, Themen

MEMS-Beschleunigungs-Sensor-Kern mit Milbe zum Größenvergleich. Detektionsstrukturen mit Genauigkeitsanforderungen im sub-µm-Bereich. Die gesamte Funktional-Struktur hat Dimensionen von etwa 1mm. Quelle: Bosch

„Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme“ (MEMS) begegnen uns in Form von Sensoren überall: Im Auto aktivieren sie den Airbag, im Smartphone erkennen sie Bildschirm-Drehungen. Die Qualitätsprüfung der Sensoren ist allerdings zeitaufwändig. Forschende des KI-Produktionsnetzwerks am Lehrstuhl für Mechatronik arbeiten gemeinsam mit der Robert Bosch GmbH daran, diesen Produktionsschritt mit Hilfe von künstlicher Intelligenz (KI) zu beschleunigen.

Die Herausforderung

Ein Sensor ist nur wenige Millimeter groß, nahezu atomar feine Strukturunterschiede bestimmen seine Genauigkeit. Äußere Faktoren wie zum Beispiel Temperatur wirken sich ebenfalls auf die Sensoren aus. „Der beste Weg, die Messgenauigkeit zu festzustellen, liegt in der Überprüfung der Konstruktionsgrößen aller im Sensor verbauten Komponenten. Wir sprechen von Strukturgrößen von Milliardstel Metern und Massen von Millionstel Gramm“, verdeutlicht Prof. Dr. Lars Mikelsons, Inhaber des Lehrstuhls für Mechatronik, die Herausforderung. Bisher werden diese Größen mit sehr genauen, aber zeitaufwändigen mathematischen Verfahren überprüft. Bei Stückzahlen im Millionenbereich stoßen diese allerdings an ihre Grenzen, künstliche Intelligenz eröffnet hier neue Möglichkeiten. Weiterlesen

Intuitive Maschinensteuerung durch Spracherkennung

Von HWAdmin Fertigung, Themen

© Fraunhofer IDMT / Anika Bödecker
Maschinen wie dieses Fräsbearbeitungszentrum lassen sich über die Spracherkenner und die Audiotechnologie aus dem Fraunhofer IDMT in Oldenburg steuern. Das robuste System ist schnell und einfach an die Bedarfe der Kunden anpassbar.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie IDMT in Oldenburg haben eine Spracherkennungslösung für den Einsatz in der industriellen Produktion entwickelt. Das System arbeitet auch in einer lauten Umgebung zuverlässig und lässt sich flexibel an die Erfordernisse eines Anwenders anpassen. Mitarbeitende in der Fabrikhalle haben beide Hände frei und arbeiten mit den intuitiven Sprachbefehlen deutlich effizienter.

Die Sprachsteuerung von Maschinen in der Produktion galt bisher als fehleranfällig und wurde deshalb kaum genutzt. Nun hat das Fraunhofer IDMT in Oldenburg eine Lösung entwickelt, die eine zuverlässige Steuerung von Maschinen mit Sprachbefehlen erlaubt. Die Spracherkennung funktioniert auch in der lauten Umgebung einer Fabrikhalle robust. Die Mitarbeitenden nutzen zur Spracheingabe ein kabelloses Headset, ein stationäres Mikrofon oder zukünftig ein smartes Hearable, das ebenfalls am Institutsteil Hör-, Sprach- und Audiotechnologie HSA entwickelt wird. Laute Umgebungsgeräusche werden durch eine Kombination aus Richtmikrofonen und wirkungsvollem Noise Cancelling fast vollständig ausgeblendet. Weiterlesen

Milliohmmeter für die Inline-Prüfung

Von HWAdmin Qualitätskontrolle, Messtechnik, Sensorik, Themen

Widerstandsmessung im Millisekundentakt

Bild 1: Bis zu 100 Messung je Sekunde bewältigt der RESISTOMAT® 2311 (Urheber: burster)

Die Widerstandsmessung ist in vielen Bereichen ein wichtiger Faktor in der Qualitätssicherung. Ob Kontaktfahnen von Akkupacks in der Elektromobilität, in Powertools oder der Kommunikationselektronik – Übergangswiderstände im Milliohmbereich geben Auskunft über die Qualität der Punktschweiß-Verbindung und ihrer Hochstromfähigkeit. Ebenso lassen sich schnell und sicher Motoren- oder Relaisspulen testen sowie Schmelzsicherungen, Heizdrahtwendel, Magnetspulen, Steckkontakte und Schalter überprüfen. Für diese wichtigen Aufgaben entwickelte burster präzisionsmesstechnik den RESISTOMAT^® 2311, ein hochpräzises Milliohmmeter für schnellste Inline-Messungen in der Fertigung (Bild 1). Mit bis zu 100 Messungen pro Sekunde ist es für eine 100%tige Kontrolle in der Massenproduktion ideal geeignet. Das kompakte Messgerät (110 x 110 x 183 mm) bietet Messbereiche von 20 mΩ bis 200 kΩ bei einer Messgenauigkeit von 0,03 % vom Messbereich. Bis zu 10 individuell einstellbare Material-Temperaturkoeffizienten in Verbindung mit einer Temperaturkompensation im Bereich 0 – 100 °C machen die Messungen temperaturunabhängig. Weiterlesen

Keramische Technologien und Werkstoffe als Schlüsselkomponenten für die Fertigung – Neues aus der Forschung

Von HWAdmin Fachartikel, Fertigung, Themen, Werkstoffe und Materialien

Bild 1: Direktgeschäumte keramische Bauteile aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlicher Porosität.

Die Aufgabe des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS ist es, neueste Entwicklungen auf dem Gebiet keramischer Werkstoffe und Technologien in marktfähige, international führende Produkte und Prozesse umzusetzen. Die Bandbreite reicht dabei von traditionellen Keramiken für Strukturanwendungen bis hin zu komplexen Mischsystemen in der Funktionskeramik oder Energietechnik.

Bauteile aus poröser Hochleistungskeramik stellen eine besondere Werkstoffgruppe dar. Die Erzeugung der Poren ist über unterschiedlichste Verfahren mit nahezu allen Werkstoffen möglich. Für den erfolgreichen Einsatz müssen die Fertigungstechnologien für den entsprechenden Markt angepasst werden. Die speziellen Eigenschaften der Keramik werden verstärkt in der Umwelt und Verfahrenstechnik eingesetzt. Oberflächenbehandlungen und Reinigungsverfahren profitieren ebenso von Innovationen wie Meßtechnik- und Überwachungsaufgaben. Das Potential wird nur von der Kreativität der Anwender begrenzt. Weiterlesen

Dämpfungselemente aus Formgedächtnislegierungen

Von HWAdmin Fachartikel, Fertigung, Schneid-,Trenn-,Umformtechnik, Themen

Einleitung

Die Isolierung von Schwingungen während der spanenden Bearbeitung ist ein wichtiger Faktor zur Ausführung eines stabilen Fertigungsprozesses und wirkt sich somit direkt auf das zu erzielende Ergebnis und die Lebensdauer von Werkzeugen aus. Dabei gilt besonders die Dämpfung von schneidnahen Schwingungen als hocheffektiv.

Schwingungskritische Bearbeitungssituationen können durch die strukturdynamischen Eigenschaften der Maschine bei fast allen Bearbeitungsprozessen entstehen, so dass Technologieparameter, die für eine wirtschaftliche Bearbeitung signifikant sind, nicht voll ausgenutzt werden können [1]. Gängige Lösungsansätze zur Minimierung dieser Probleme sind passive Zusatzsysteme wie Hilfsmassendämpfer oder Schwingungstilger oder aktive Zusatzsysteme bei denen Energie von außen zugeführt werden muss. Hierbei handelt es sich jedoch um kundenspezifische und damit aufwändige und kostenintensive Lösungen [2]. Weiterlesen

Programmierbare Materialien: Formänderung auf Knopfdruck

Von HWAdmin Themen, Werkstoffe und Materialien

© Fraunhofer ICT
Oben: Die Steifigkeit und Formänderung kann durch die Strukturierung einer Folie lokal eingestellt werden. Unten: Die Stapelung verschieden hoher Folien erlaubt die Erzeugung eines programmierbaren Materials.

Programmierbare Materialien sind wahre Formwandler. Auf Knopfdruck ändern sie kontrolliert und reversibel ihre Eigenschaften und passen sich selbstständig an neue Gegebenheiten an. Einsatzbereiche sind beispielsweise bequemes Sitzen oder Matratzen, die das Wundliegen verhindern. Dabei verformt sich die Unterlage so, dass die Auflagefläche groß ist und sich der Druck auf die Körperteile dadurch verringert. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer Cluster of Excellence Programmierbare Materialien CPM entwickeln solche programmierbaren Materialien und bringen sie gemeinsam mit Industriepartnern zur Marktreife. Ziel ist es unter anderem, den Einsatz von Ressourcen zu reduzieren. Weiterlesen

Mit KI schneller zum fertigen Produkt

Von HWAdmin Fertigung, Themen

Forschende der Universität Augsburg erleichtern mit Hilfe eines KI-gestützten Assistenzystems langwieriges Konstruieren in CAD

Im Rahmen des KI-Produktionsnetzwerks an der Universität Augsburg arbeiten Forschende daran, wie künstliche Intelligenz (KI) das Konstruieren in CAD erleichtern kann. Sie blicken auf einen erfolgreichen Projektabschluss zurück.

Am Anfang ist die CAD-Zeichnung: Handys, Backöfen, industrielle Produktionsanlagen – viele Produkte erblicken am virtuellen Reißbrett das Licht der Welt. „Computer-Aided Design“ (CAD), also rechnerunterstütztes Konstruieren, erleichtert Ingenieurinnen und Ingenieuren die Gestaltung neuer Produkte. Einem Baukastensystem gleich stehen in einer Vielzahl riesiger Datenbanken Bauteile zur Verfügung, aus denen sie wählen können. Diese „Kataloge“ sind oft ebenso umfachgreich wie unübersichtlich, sodass die Suche nach der richtigen Komponente viel Zeit in Anspruch nimmt. Forschende des KI-Produktionsnetzwerks am Institut für Software & Systems Engineering (ISSE) der Universität Augsburg entwickelten zusammen mit dem Augburger Softwareentwickler CADENAS ein KI-gestütztes und somit deutlich schnelleres CAD-Assistenzsystem und blicken positiv auf den Projektabschluss zurück. Weiterlesen

Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

Von HWAdmin Fertigung, Themen, Werkstoffe und Materialien

TUD-Startup bringt Robotern das Fühlen bei

Die Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten in beispiellosem Tempo weiterentwickelt. Doch noch immer sind Roboter häufig unflexibel, schwerfällig und zu laut. Eine Ausgründung der TU Dresden, das Startup PowerON, will das ändern und hat sich zum Ziel gesetzt, die Barriere zwischen Mensch und Roboter aufzulösen. Fühlende Häute, künstliche Muskeln und künstliche Neuronen, auf flexible Werkstoffe gedruckt, sollen die nächste Generation der Robotik ermöglichen und neue Anwendungsfelder erschließen. „Wir sehen einen starken Trend hin zur Automatisierung in allen Industriebereichen und werden diesen auch sehr bald in unserem Alltag erleben“, sagt Dr. Markus Henke, Nachwuchsforschungsgruppenleiter am Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik der TU Dresden und CEO des Startups. Weiterlesen

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