Um auch komplexe Prozesse wie das Fügen additiv gefertigter Bauteile mittels Laser in der Produktion qualitativ gesichert zu ermöglichen, ist das Vorhandensein von Fachwissen in Unternehmen zwingend notwendig. Um dieses Wissen zur Prozesssteuerung und -kontrolle personalunabhängig zu bündeln, wird im IGF-Forschungsprojekt der FQS – Forschungsgemeinschaft Qualität e.V. mit dem Titel „Qualitätssicherung beim Laserstrahlschweißen additiv gefertigter thermoplastischer Bauteile (QualLa)“ ein Expertensystem entwickelt. Durch die Integration von Fachwissen in das Expertensystem kann dieses Wissen langfristig in Unternehmen gesichert und Prozesse stets mit hohen qualitativen Standards durchgeführt werden.
Additive Fertigung, 3D Druck, FDM, Laserdurchstrahlschweißen, Laserstrahlschweißen
Qualitative Unsicherheiten sind eine zentrale Herausforderung für die weitere Industrialisierung der additiven Fertigung. Um diese Herausforderung zu lösen, sind Methoden zur Messung der Prozesszustände und Eigenschaften von Teilen während der additiven Fertigung unerlässlich. Das Thema dieser Übersichtsarbeit ist die In-situ-Prozessüberwachung für die additive Fertigung durch Materialextrusion. Ziel ist es, erstens die Forschungsaktivität zu diesem Thema zu quantifizieren, zweitens die eingesetzten Technologien zu analysieren und schließlich Forschungslücken zu identifizieren. Es wurden verschiedene Datenbanken systematisch nach relevanten Publikationen durchsucht und insgesamt 221 Publikationen detailliert analysiert. Die Studie zeigte, dass die Forschungsaktivität auf diesem Gebiet zunehmend an Bedeutung gewinnt. Es wurden zahlreiche Sensortechnologien und Analysealgorithmen identifiziert. Dennoch bestehen Forschungslücken bei Themen wie optimierte Überwachungssysteme für industrielle Materialextrusionsanlagen, Inspektionsmöglichkeiten für zusätzliche Qualitätsmerkmale und Standardisierungsaspekte. Diese Literaturübersicht ist die erste, die die Prozessüberwachung für die Materialextrusion in einem systematischen und umfassenden Ansatz behandelt.
Materialextrusion, Fused deposition modeling, Prozessüberwachung, Sensoren, Forschungslücken
Kleinskalige modulare Fördertechnik ermöglicht es, mehrere Förderaufgaben gleichzeitig und auf kleinstem Raum durchzuführen und bietet so ein großes Potenzial zur Flexibilisierung und Effizienzsteigerung von Förderanlagen. Aktuell existiert keine einfach anwendbare Methode, die Unternehmen dabei unterstützt, diese neuartige Fördertechnik auf Prozessebene unter Berücksichtigung logistischer und wirtschaftlicher Zielstellungen in konventionelle Fördersysteme zu integrieren. Daher wird in einem Forschungsprojekt derzeit eine Optimierungsmethode für Förderanlagenlayouts entwickelt, mit der Unternehmen die Potenziale der neuartigen Fördertechnik bewerten können.
Kleinskalige modulare Förderer, Fördersysteme, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz
Fabrikplanung ist für produzierende Unternehmen ein wichtiges Werkzeug, um die Effizienz zu steigern oder die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die Aufnahme von Fabriklayoutdaten und die Verarbeitung der Daten in Fabrikplanungstools. In der heutigen Zeit werden viel Layoutdaten noch händisch aufgenommen oder aus Laserscandaten händisch in Fabrikplanungstools übertragen. Dies führt zu einem hohen Arbeitsaufwand und ist fehleranfällig.
In dieser Arbeit wird ein ganzheitliches Konzept für eine automatisierte und systematische Datenaufnahme und Datenverarbeitung für den Fabrikplanungsprozess vorgestellt.
3D Fabrikplanung, automatisierter Drohnenflug, Punktwolkenverarbeitung, 3D Layoutscan
In diesem Artikel wird ein Verfahren zur automatischen Sichteinschränkungsdetektion und maskenbasierten, deckungsgleichen Sichteinschränkungskompensation, basierend auf dem Prinzip der erweiterten Realität, vorgestellt. Das Verfahren beruht auf einer Überlagerung eines simulierten Bedienerblickfeldes mit Informationen aus einer von zwei RGB-Kameras rekonstruierten Szene. Die Kameras werden derart angeordnet, dass sie die Szeneninformationen hinter der Sichteinschränkung aufnehmen können. Neben der Vorstellung des Versuchsaufbaus, findet eine detaillierte Vorstellung der Bildverarbeitungssoftware statt. Im Hinblick auf den späteren Einsatz des Systems in einem Flurförderzeug, wird zudem die Echtzeitfähigkeit untersucht und Optimierungsmöglichkeiten diskutiert.
Augmented Reality, Bildverarbeitung, Fahrerassistenzsysteme, Flurförderzeuge, Hinderniserkennung
Die Lebensdauer von Wälzkontakten ist von vielen Faktoren abhängig. Innerhalb einer beispielhaften Prozesskette zur Herstellung von hybriden Hochleistungsbauteilen durch Tailored Forming werden hybride Massivbauteile aus mindestens zwei verschiedenen Stahllegierungen untersucht. Ziel ist es, Bauteile zu gestalten, die gegenüber monolithischen Bauteilen gleicher Geometrie verbesserte Eigenschaften aufweisen. Um dies zu erreichen, werden vor einem Umformvorgang mehrere Werkstoffe gefügt. In dieser Arbeit werden Hybridwellen, die entweder durch Plasma- (PTA) oder Laser-Metallauftragschweißen (LMD-W) erzeugt werden, durch Querkeilwalzen (QKW) geformt, um die resultierende Dicke des im Bereich des Lagersitzes aufgetragenen Materials zu untersuchen. Zusätzlich werden Finite-Elemente-Analyse Simulationen des QKW-Verfahrens mit experimentellen QKW-Ergebnissen verglichen, um die Schichtdickenabschätzung durch Simulation zu validieren. Dies ermöglicht eine genauere Vorhersage der Schichtwerkstoffgeometrie nach dem QKW-Verfahren, und die gewünschte Schweißnahtgeometrie kann durch Berechnung der Schichtdicken mittels QKW-Simulation ausgewählt werden.
Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming
Verfahrenstechniken zur Verbesserung der Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG) sind ein wachsendes Forschungsgebiet. In diesem Beitrag wird ein anpassungsfähiger und skalierbarer Prozess vorgestellt, der Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung für eine schnelle und einfache TEG-Herstellung umfasst. Das entwickelte Verfahren kombiniert additive und subtraktive Verfahrenstechniken zu einem anpassungsfähigen keramikbasierten TEG, das bei hohen Temperaturen einsetzbar ist und ein hohes Optimierungspotenzial aufweist. Als Prototyp wurde ein TEG auf Basis von Ca3Co4O9 (CCO) und Ag auf einem Keramiksubstrat hergestellt. Es wurde eine mikrostrukturelle und thermoelektrische Charakterisierung gezeigt, die bis zu 1,65 μW cm-2 bei 673 K und einem ΔT von 100 K erreicht. Die hohe Kontrollierbarkeit des entwickelten Verfahrens ermöglicht auch die Anpassung an verschiedene Arten thermoelektrischer Materialien.
Thermoelektrik, Laserstrukturierung
Die Investitionskosten für die Fertigung von Spritzgusswerkzeugen sind die Grundlage für die Entscheidung, ob ein Werkzeug für die Massenproduktion geeignet ist. Wenn die Werkzeugkosten zu hoch sind, kann es sein, dass ein Produkt für die Produktion nicht rentabel ist. Wenn die Werkzeugkosten vom Werkzeugbauer zu niedrig veranschlagt werden, kann dies Auswirkungen auf den Vertrag haben.
Das Ziel dieser Forschung ist es, eine Methode mit menschenähnlicher Angebotsgenauigkeit zu entwickeln, eine Standardisierung zu erreichen, historische Angebotsdaten zu berücksichtigen und die Angebotsprozesszeiten zu verkürzen. Der entwickelte maschinelle Lernansatz basiert auf Geometriedaten von Teilen und zusätzlichen Meta-Informationen.
Spritzgießen, Werkzeugbau, Industrie 4.0
Methoden zur Qualitätssicherung sind ein zentraler Erfolgsfaktor für die weitere Industrialisierung der Additiven Fertigung. In diesem Beitrag wird ein Ansatz für ein optisches Prüfsystem vorgestellt, welches die Prozessgüte bei der additiven Materialextrusion schichtweise während der Herstellung überwacht. Die Prüfaufgabe wird analysiert, Hardwarekomponenten für die Datenerfassung werden konzeptioniert und ein erster Schritt zur texturanalytischen Fehlerdetektion wird vorgestellt.
Additive Fertigung, 3D-Druck, Materialextrusion, Fused Deposition Modeling, Bildverarbeitung
Die Prozessierung von Keramik ist eine wichtige Technologie für verschiedene technische Anwendungen. In diesem Beitrag wird ein hochgradig kontrollierbarer Prozess, bestehend aus Sprühbeschichtung und Laserstrukturierung, zur Gestaltung keramischer Schichten auf einem vielseitig einsetzbaren Substrat vorgestellt. Ein thermoelektrisches Oxid, Ca3Co4O9, das eine Form von thermoelektrischer Materialen ist, wird in dem Prozess verwendet und auf ein flexibles Keramiksubstrat appliziert. Die resultierenden Strukturen haben hochgradig kontrollierbare Geometrie und gute thermoelektrische Eigenschaften und eignen sich dadurch zur Herstellung thermoelektrischer Generatoren (TEG). Die Verwendung eines flexiblen Keramiksubstrats und die hohe Anpassbarkeit des Verfahrens ermöglichen einen Prozess, welcher die Bearbeituung von Keramiken und einzigarten Strukturen und Desings ermöglicht.
Thermoelektrik, Gedruckte Elektronik, Laserstrukturierung, Gedruckte Keramik, Sprühbeschichtung
Die strukturierte und zukunftsorientierte Planung von Fabriklayouts stellt einen wichtigen Faktor für die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen dar. Hierbei stoßen konventionelle Planungsmethoden mit 2D-Layouts jedoch an ihre Grenzen, da sie die immer komplexer werdenden Fabrikstrukturen nicht mehr detailliert abbilden können. Alternativen dazu bieten 360° Umgebungsscanverfahren, die aktuell jedoch meist nur als Vorlage für eine Nachmodellierung dienen. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, die eine Planung direkt in dem gescannten Fabrikabbild ermöglicht. Damit soll der Fabrikplanungsprozess effizienter und weniger fehleranfällig gestaltet werden.
3D-Fabriklayout, Fabrikplanung, Produktionsplanung, Punktwolke, Punktwolkenverarbeitung
Dieser Beitrag zeigt, wie die von Menschen bekannten Fähigkeiten zur Flexibilität und Anpassung gegenüber veränderten Umgebungsbedingungen, die sich in den kognitiven Eigenschaften der Menschen widerspiegeln, auf Flurförderzeuge in der Intralogistik übertragen werden kann. Als Beispiele für die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Intralogistik werden Technologien vorgestellt, die es Flurförderzeugen ermöglichen, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, autonom zu handeln, Entscheidungen zu treffen, zu lernen oder zu planen. Realisiert werden diese Fähigkeiten durch ein optisches Ortungssystem zur Positionsbestimmung, eine kamerabasierte Ein-/Auslagerungsunterstützung und in Reifen integrierte Sensorik sowie neuartige Interaktionsformen für Flurförderzeuge in Form von Sprache und Gestik.
Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug, Datenbrille
Fahrerlose Transportsysteme sind ein Baustein für leistungsfähigere Produktionssysteme in der Intralogistik, haben aber Schwächen in der Mensch-Maschine-Interaktion. In einem komplexen Forschungsvorhaben wird u. a. eine sprachbasierte Beauftragung entwickelt, die die Mensch-Maschine-Interaktion intuitiver gestalten und ihre Akzeptanz erhöhen soll.
Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug, Datenbrille, Sprachsteuerung
Gurtfördersysteme sind eine ausgezeichnete Möglichkeit, Schüttgut zu fördern. Mit zunehmender Belastung und Transportstrecke werden diese Systeme größer und die Energieeffizienz wird zu einem wichtigen Faktor. Tragrollen sind ein integraler Bestandteil von Gurtfördersystemen. Das Laufverhalten von Tragrollen im Betrieb hat Auswirkungen auf die Energieeffizienz der gesamten Anlage. Die Entwicklung von angetriebenen Tragrollen gilt als eine Möglichkeit, den Energieverbrauch von Gurtfördersystemen zu senken. Dieser Beitrag zeigt, dass die Untersuchung von konventionellen und angetriebenen Tragrollen unter unterschiedlichen Bedingungen notwendig ist und wie am Institut für Integrierte Produktion Hannover ein Prüfstand für die Untersuchung dieser entwickelt worden ist.
Tragrollen, Schüttgutfördertechnik, angetriebene Tragrollen
Der Sonderforschungsbereich 1153 (SFB1153) "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch maßgeschneidertes Umformen" hat zum Ziel, neue Prozessketten für die Herstellung hybrider Massenbauteile aus gefügten Halbzeugen zu entwickeln. Das Teilprojekt B1 untersucht die Umformbarkeit von Hybridbauteilen mittels Querkeilwalzen. Diese Studie untersucht die Reduzierung der Schichtdicke von koaxial angeordneten Hybridhalbzeugen während eines Querkeilwalzprozesses. Die untersuchten Teile werden aus zwei Stählen (1.0460 und 1.4718) mittels Laserauftragschweißen hergestellt. Der Walzprozess wird mittels Finite Elemente (FE)-Simulationen ausgelegt und später experimentell untersucht. Forschungsschwerpunkte sind Untersuchungen zum Unterschied in der Schichtdicke des laserauftraggeschweißten 1.4718 vor und nach dem Querkeilwalzen in Abhängigkeit vom Keilwinkel, der Querschnittsflächenreduzierung und der Umformgeschwindigkeit. Außerdem werden die Simulationen und die experimentellen Versuche verglichen, um die Möglichkeit der Vorhersage der Dicke mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) zu überprüfen. Hauptergebnis war die Möglichkeit, das Umformverhalten von koaxial angeordneten Hybridbauteilen bei einer Querschnittsflächenreduzierung von 20% mittels FEA zu beschreiben. Bei einer Querschnittsreduzierung von 70% zeigten die Ergebnisse eine größere Abweichung zwischen Simulation und experimentellen Versuchen. Die Abweichungen lagen zwischen 0,8% und 26,2%.
Querkeilwalzen, Hybridschmieden, FEM, Schichtdicke
Die Layoutaufnahme und Layoutauswertung stellen bei Fabrikplanungsprojekten einen hohen Aufwand dar, da sie durch manuelle Prozesse geprägt sind. Mit dem Einsatz von Drohnen und automatisierten Auswertealgorithmen sollen diese Prozesse beschleunigt und verbessert werden. Durch diesen Beitrag wird das steigende Digitalisierungsbedürfnis in der Industrie aufgegriffen und erste Ansätze für die digitale Aufnahme und Weiterverarbeitung eines Fabriklayouts aufgezeigt. Der Schwerpunkt liegt in dem Einsatz einer Drohne innerhalb eines Fabrikgebäudes und der Aufbereitung von dreidimensionalen Punktwolkenmodellen für Fabrikplanungsprozesse.
Drohne, Fabrikplanung, 3D-Fabriklayout, Objekterkennung
In diesem Paper wird die Validierung eines induktiven Sensors für einen energieautarken Sensor zur Zustandsüberwachung nasslaufender Stahlscheibenkupplungen in Schiffsgetrieben vorgestellt. Für einen zuverlässigen Betrieb dieser ist eine permanente Überwachung ihres Zustands sinnvoll. Im Rahmen der zustandsorientierten Instandhaltung werden immer mehr Sensoren in Maschinen installiert. Die Zuverlässigkeit wird noch wichtiger, wenn Menschen durch einen möglichen Ausfall der Maschinen gefährdet werden. Für die Schifffahrt ist es daher unerlässlich, dass zum Beispiel der Antriebsstrang und damit das Getriebe in einwandfreiem Zustand sind. Bei längeren Überfahrten muss der Verschleiß oder gar die Beschädigung wichtiger Komponenten bekannt sein, damit die Wartung proaktiv durchgeführt werden kann. Um diesem Bedarf zu begegnen, wird ein energieautarkes und drahtloses Sensornetz entwickelt. Miniaturisierte Sensorknoten überwachen Drehmoment, Drehzahlen, Temperaturen sowie den Verschleißzustand der Drehmomentübertragungskomponenten. Die zum Betrieb dieser Sensoren benötigte Energie stammt aus der Umgebung. Somit arbeitet das System drahtlos und ohne externe Energieversorgung, wodurch die Installations- und Wartungskosten erheblich sinken. Neben dem Konzept der Sensorintegration im Getriebe wird auch das Energy Harvesting-Konzept näher beschrieben. Schließlich werden Messungen in einer zahnradähnlichen Umgebung durchgeführt und das Verhalten eines magnetoinduktiven Sensors in einer nicht ständig versorgten Situation untersucht.
Schiff, Getriebe, Verschleiß, Sensor, Drehmoment
Dieses Paper beschreibt die Entwicklung und prototypische Implementierung eines energieautarken Sensors zur Zustandsüberwachung von nasslaufenden Lamellenkupplungen in Schiffsgetrieben. Für die präzise Steuerung eines automatisierten Systems und die Überwachung seiner Leistungsfähigkeit ist das Wissen über den möglichen Verschleiß eine wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus bietet die Speicherung von Sensordaten über die Lebensdauer des Systems die Möglichkeit einer langfristigen Zustandsüberwachung. Die Kombination mit verschiedenen anderen technologischen Komponenten schafft eine Lösung, die eine kostengünstige Zustandsüberwachung von Schiffsgetrieben ermöglicht. Im Vergleich zu bestehenden Systemen werden beispielsweise die Kosten für Installation und Wartung erheblich reduziert. Sowohl die Methodik von der morphologischen Box bis zum Feinkonzept als auch die ersten Messungen der Sensoren werden vorgestellt.
automatisiertes System, Zustandsüberwachung, Metrologie, Kupplung, Getriebe
Strukturierte Fabrikplanung stellt einen Schlüssel zur Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit in Hinblick auf den ständig steigenden Druck durch Globalisierung und die hohe Marktdynamik dar. Die Durchführung von Fabrikplanungsprojekten wird jedoch von Unternehmen gescheut, da diese Projekte mit hohem Aufwand verbunden sind. Aus diesem Grund sollen die Prozesse der Fabriklayoutaufnahme und -auswertung durch neue Techniken ergänzt, teilautomatisiert und damit effizienter gestaltet werden.
Fabriklplanung, Drohne, Photogrammetrie, Laserscan, Bildverarbeitung
Schwarze Markierung als mikrometerskalierte Binärcodierung, die von ultrakurzen gepulsten Lasern mit hohem Kontrast und ohne Abtragung auf Wellen als berührungsloses Sensorsystem zur kombinierten Messung von Winkelposition und Drehmoment aufgebracht wird.
Lasermaterialbearbeitung, Sensoren, Absorption, Bildverarbeitung
