Kategorie: Themen

Informative Beiträge zu dem Themen: Fertigung, Forschung, Oberfläche, 3D-Druck, Verbindungstechnik, Lufttechnik, Umwelttechnik, Werkstoffe und viele mehr.

Nachbearbeitung beim additiven Fertigungsverfahren Laserstrahlschmelzen – Herausforderungen und Optimierungspotential

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Abbildung 1: Prinzipaufbau einer Maschine des Laserstrahlschmelzens

Abbildung 1: Prinzipaufbau einer Maschine des
Laserstrahlschmelzens

Chancen und Herausforderungen der additiven Fertigung

Additive Fertigungsverfahren gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Be­deutung. Als Gründe hierfür sind die wirtschaftliche und flexible Produktion kleiner Losgrößen, der Wegfall des Bedarfs an Bearbeitungswerkzeugen sowie die Realisierbarkeit von komplexen und bionischen Geometrien zu nennen. Zahlreiche Unternehmen setzen den schichtweisen Bauteilaufbau bereits zur Fertigung von Prototypen oder zur Fertigung von komplexen Funktionsbauteilen in Kleinserie ein. Dadurch werden Produktionskosten gesenkt, der Produktentstehungsprozess beschleunigt und neue Geschäftsfelder erschlossen. Die Anwendung additiver Fertigungsverfahren ist auch mit Herausforderungen verbunden. So erschwert insbesondere die prozessbedingt hohe Oberflächenrauigkeit metallbasierter additiver Fertigungsverfahren deren breite industrielle Anwendung. Die mit der notwendigen Bauteilnachbearbeitung einhergehenden Kosten können sich aufgrund der häufig sehr zeitaufwendigen und manuellen Tätigkeiten auf bis zu einem Drittel der bauteilbezogenen Gesamtkosten belaufen. Daher müssen die verfahrensspezifischen Gestaltungsprinzipien bei der Bauteilkonstruktion berücksichtigt werden und geeignete Nachbearbeitungsverfahren anwendungsspezifisch ausgewählt werden, um eine hohe Bauteilqualität und Produktivität der Nachbearbeitung zu erzielen. Weiterlesen

Neuartiges Konzept von Hartmetallwerkzeugen zur Feinbearbeitung

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Abbildung 1. Mikrostrukturen von Hartmetall (links) und CBN-Verbundstoff (rechts) dargestellt, wobei die unterschiedlichen Maßstäbe zu beachten sind.

Abbildung 1. Mikrostrukturen von Hartmetall (links) und CBN-Verbundstoff (rechts) dargestellt, wobei
die unterschiedlichen Maßstäbe zu beachten sind.

Hintergrund

Bei der abrasiven Bearbeitung von Metallen können auf Werkstückoberflächen Qualitätsabweichungen aufgrund von Beschädigungen am Werkzeug auftreten. Manchmal sind Kratzer auf den Werkstücken infolge des Ausbrechens der harten abrasiven Körner zu beobachten. Das unerwartete Abbrechen der Körner resultiert ansatzweise aus geometrischen Unregelmäßigkeiten oder der inhomogenen Verteilung der abrasiven Körner in der Matrix infolge des Herstellungsprozesses. Es wird bereits daran gearbeitet, eine bessere Homogenität der abrasiven Körner zu erreichen, jedoch zielen bisherige Maßnahmen meistens auf die Verbesserung des Herstellungsprozesses. Es ist bisher noch eine praktische Herausforderung, Qualitätsabweichungen zu kontrollieren bzw. zu reduzieren. Es wird ein neuartiges Konzept von Hartmetallwerkzeugen mit definierten geometrischen Merkmalen und homogenen Verteilungen der Schneidkanten für die Feinbearbeitung vorgeschlagen. Die Oberfläche der Hartmetallwerkzeuge, deren Topographie die der konventionellen abrasiven Werkzeuge reproduziert, entsteht durch Lasertechnik präzise im Mikrobereich. In der Folge könnten Herstellkosten im Vergleich zu konventionellen abrasiven Werkzeugen, z.B. aus Diamanten oder CBN, reduziert werden. Weiterlesen

Inspektionsmethoden für die wiederkehrende Prüfung hochelastischer Dickschicht- und Strukturklebungen in Schiffbauanwendungen –Teil 1 (Schadensidentifikation und Herstellung von Proben mit definierten Schäden)

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Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Abbildung 1: Scheibenklebungen im Kreuzfahrtschiffbau

Einleitung

Die Klebtechnik rückt als innovatives Fügeverfahren des 21. Jahrhunderts im Schiffbau zunehmend in den Vordergrund. Seinen Anwendern offeriert sie vielversprechende Vorteile, u.a. die Möglichkeiten, verschiedene Werkstoffe miteinander zu verbinden und Zusatzfunktionen wie Abdichtung, Isolation, Schwingungs- und Geräuschdämpfung elegant durch die Auswahl geeigneter Klebstoffe zu integrieren. Doch warum bleibt der Fügetechnik der große Durchbruch im Schiffbau aktuell noch verwehrt? Weiterlesen

Maßgeschneidert (teil-)automatisieren mit Robotern

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Dieser vom IPA und Partnern entwickelte Roboter für Poliervorgänge nutzt frei verfügbare ROS-Softwarekomponenten. (Quelle: Fraunhofer IPA)

Dieser vom IPA und Partnern entwickelte Roboter für Poliervorgänge nutzt frei verfügbare
ROS-Softwarekomponenten. (Quelle: Fraunhofer IPA)

In der Robotik tut sich aktuell viel und es lohnt sich, auch abseits der Massenfertigung Automatisierungspotenziale systematisch zu erschließen. Zum Beispiel die Mensch-Roboter-Kooperation ermöglicht flexible, skalierbare Anwendungen, bedarf aber hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Sicherheit guter Planung.

Mehrere große Industrieroboter schweißen gleichzeitig eine Autokarosserie in Fertigungszellen, die durch Zäune gesichert sind. Funken sprühen. Weit und breit ist kaum ein Werker zu sehen. Dies ist wohl das erste Bild, das vielen in den Sinn kommt, wenn sie das Stichwort „Industrieroboter“ hören. Eine solche Produktion mit einem Automatisierungsgrad von nahezu 100 Prozent ist zwar kosten- und zeitaufwendig in der Einrichtung, aber auch hocheffizient und ertragreich, wenn es darum geht, ein gleichbleibendes Produkt über einen langen Zeitraum herzustellen. Weiterlesen

Breites EOS Werkstoff-Portfolio für metallbasierte additive Fertigung: DMLS Kompetenz für gewohnt zuverlässige Bauteileigenschaften und neue Anwendungsfelder

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Kupfer Wärmetauscher Demoteil Quelle: EOS

Kupfer Wärmetauscher Demoteil Quelle: EOS

Das in Krailling bei München angesiedelte, 1989 gegründete Unternehmen ist weltweit führender Anbieter für die pulverbasierte additive Fertigung von Kunststoffen und Metallen. In diesem Artikel soll es speziell um das breite Spektrum der Metallwerkstoffe gehen.

Die metallbasierte additive Fertigung umfasst diverse Technologien, wie z. B. Powder Bed Fusion (PBF) oder Metall-Binder-Jetting. Die unter dem Namen DMLS bekannte PBF-Technologie von EOS gilt heute im Metall 3D-Druck als Standard. Das Fertigungsverfahren kommt vor allem in anspruchsvollen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Medizin, Werkzeug- und Turbomaschinenbau zum Einsatz, die eine einheitliche Bauteilqualität mit Eigenschaften ähnlich denen des konventionellen Guss- oder Schmiedeverfahrens verlangen. Weiterlesen

Borverbindungen mit ultrahoher Wärmeleitfähigkeit

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Dr. Diana Freudendahl, Dr. Heike Brandt, Dr. Ramona Langner

Die Wärmeleitfähigkeit von Materialien spielt in den verschiedensten Bereichen, von der Biologie über das Wohnen bis hin zur Elektronik, eine große Rolle oder ist für bestimmte Funktionalitäten wie sehr hohe Rechenleistungen sogar essentiell und zukünftig von enormer Wichtigkeit. Materialien mit ultrahoher Wärmeleitfähigkeit gibt es jedoch nur wenige; hier werden sie definiert als Materialien deren Wärmeleitfähigkeit κ bei Raumtemperatur über der von Kupfer (>400 W/mK) liegt. So besitzt Diamant die höchste bekannte Wärmeleitfähigkeit (>2000 W/mK), gefolgt von Materialien wie Graphit (≈2000 W/mK, bezogen auf die Wärmeleitung entlang der Schichten), Siliziumcarbid (490 W/mK) und Silber (427 W/mK). In der Elektronik wird beispielsweise Diamant zur Wärmeableitung eingesetzt. Typischerweise ist dabei mikrokristallines Diamantmaterial in einem Metall gebunden, wobei Wärmeleitfähigkeiten von einigen hundert W/mK erreicht werden. Eine direkte Produktion von Diamanten in Wafergröße zur Wärmeableitung auf Chipebene ist jedoch immer noch sehr teuer und bildet die Ausnahme. Weiterlesen

Wie Lithium-Akkus die Betriebssicherheit beeinflussen

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Bild 1: Sicherheitsempfehlungen zum Akku laden (Urheber: CEMO)

Bild 1: Sicherheitsempfehlungen zum Akku laden (Urheber: CEMO)

Die moderne Akkutechnik mit kleinen, aber leistungsfähigen Energiespeichern erobert immer neue Einsatzfelder. Das betrifft Werkzeuge ebenso wie Büromaschinen, private Elektronik, aber auch akkubetriebene Fahrzeuge aller Art. Beim gewerblichen Einsatz hat das zwingende rechtliche Konsequenzen, die oft unbekannt sind. Der Unternehmer hat hier als Betreiber eine Reihe an Pflichten und das unabhängig davon, ob das Gerät dem Betrieb zuzuordnen ist oder einem seiner Mitarbeiter gehört und am Arbeitsplatz geladen wird, denn für den Arbeitsschutz in seinem Betrieb ist der Unternehmer verantwortlich. Weiterlesen

Effiziente Gastrennung dank poröser Flüssigkeiten

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Poröse Flüssigkeiten als Membran: Mit diesem Verfahren könnten sich in der Kunststoffindustrie enorme Mengen Energie und damit CO2 einsparen lassen

Poröse Flüssigkeiten als Membran: Mit diesem Verfahren könnten sich in der Kunststoffindustrie enorme Mengen Energie und damit CO2 einsparen lassen. (Foto: Alexander Knebel, KIT)

Neues Material eröffnet die Möglichkeit, beim Abtrennen von Rohstoffen für die Kunststoffindustrie bis zu 80 Prozent Energie einzusparen

Ein Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat gemeinsam mit Partnern „poröse Flüssigkeiten“ entwickelt: In einem Lösemittel schweben – fein verteilt – Nanoteilchen, die Gasmoleküle verschiedener Größen voneinander trennen. Denn die Teilchen besitzen leere Poren, durch deren Öffnungen nur Moleküle einer bestimmten Größe eindringen können. Die porösen Flüssigkeiten lassen sich direkt einsetzen oder zu Membranen verarbeiten, die Propen als Ausgangsstoff für den weit verbreiteten Kunststoff Polypropylen effizient aus Gasgemischen trennen. Die bislang übliche energieaufwendige Destillation könnte somit ersetzt werden. Weiterlesen

Autonomer Roboter spielt mit NanoLEGO

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Rastertunnelmikroskop der Forschungsgruppe um Dr. Christian Wagner (PGI-3) am Forschungszentrum Jülich

Rastertunnelmikroskop der Forschungsgruppe um Dr. Christian Wagner (PGI-3) am Forschungszentrum Jülich
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Christian Wagner

Moleküle sind die Bausteine des Alltags. Die meisten Materialien setzen sich aus ihnen zusammen, vergleichbar mit einem Legomodell, das aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Steinen besteht. Doch während man beim Lego einzelne Steine ganz einfach versetzen oder wegnehmen kann, ist das in der Nanowelt nicht so ohne weiteres möglich. Atome und Moleküle verhalten sich völlig anders als makroskopische Gegenstände und jeder Baustein braucht seine eigene „Bedienungsanleitung“. Jülicher und Berliner Wissenschaftler haben jetzt eine künstliche Intelligenz entwickelt, die selbstständig lernt, wie sie einzelne Moleküle mittels eines Rastertunnelmikroskops greifen und bewegen kann. Die Methode ist nicht nur die für die Forschung, sondern auch für neuartige Fertigungstechnologien wie den molekularen 3D-Druck relevant. Weiterlesen

Additive Fertigung von multifunktionalen Bauteilen

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Anlage für das Multi Material Jetting von Hochleistungs-Komponenten mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen.

© Fraunhofer IKTS
Anlage für das Multi Material Jetting von Hochleistungs-Komponenten mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen.

Die additive Fertigung gehört zu den derzeit wichtigsten Trends in der Industrie. Nun hat ein Team des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS eine Anlage für das Multi Material Jetting entwickelt, mit der sich unterschiedliche Werkstoffe zu einem einzigen additiv gefertigten Bauteil vereinen lassen. Dadurch sind Produkte mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen realisierbar. Besonders leistungsfähige Materialien wie Keramik und Metall kommen in dieser Anlage zum Einsatz. Weiterlesen