Fakultät Maschinenbau
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Ersatzteile sind bei älteren Produkten oft nicht mehr beschaffbar oder mit konventionellen Fertigungstechniken wirtschaftlich herstellbar, weshalb nach neuen Fertigungsmöglichkeiten gesucht wird.
In diesem Artikel wird untersucht, ob Dämpfungselemente für die Getriebelagerung speziell im Kraftfahrzeugbereich, alternativ in Zukunft auch mittels additiver Ferti-gung, aus thermoplastischen Polyurethanen (TPU), mit den gleichen Eigenschaften wie das Originalersatzteil hergestellt werden können.
Durch ein iteratives Vorgehen werden der Werkstoff, die Dämpfergeometrie und die Infillstruktur optimal aufeinander abgestimmt, da diese Parameter das Steifigkeitsverhalten wesentlich beeinflussen.
Die Ergebnisse zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist, Dämpfungselemente für Getriebelager mit bereits verfügbaren TPU-Filamentwerkstoffen durch additive Fertigung herzustellen, wobei die jeweils gewünschte statische Steifigkeit und Verformung des originalen Dämpfungselementes nachgebildet oder gezielt optimiert werden können.
Die organisierte und strukturierte Weitergabe von Wissen und Erfahrungen in der mechanischen Konstruktion (Knowledge Based Engineering, KEB), ist in den bisherigen Betriebsorganisationen unabhängig von der Unternehmensgröße eher vernachlässigt worden. Verlässt ein erfahrener Mitarbeiter den Betrieb, scheidet durch plötzliche Krankheit oder Unfall aus, so bleibt meist eine nur schwer zu füllende Wissenslücke im Unternehmen zurück. Selbst wenn das Ausscheiden aufgrund des Alters plan- und vorhersehbar ist, werden nur in einer geringeren Zahl der Fälle entsprechende Planungen zur Einarbeitung von Kollegen durchgeführt. Ein Erfahrungsmanagement in Form von Handlungsanweisungen zur strukturierten Vorgehensweise, um das Know-how des ausscheidenden Wissensträgers der Firma zu erhalten existieren nur in den seltensten Fällen.
Ziel ist es deshalb Methoden für eine systematische Vorgehensweise bei der Dokumentation von vorhandenem Wissen und Erfahrung in der mechanischen Konstruktion vorzuschlagen, um das konstruktive Knowhow eines Betriebes langfristig zu sichern und an vorhandene und nachfolgende Entwickler gesichert weiterzugeben.
Das vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK) geförderte Forschungsprojekt Leichtbau (FPL) hat den Forschungsschwerpunkt Leichtbau (FSPL) der Hochschule Landshut gestärkt. Dieser ist eine Plattform für angewandte FuE-Projekte und Wissenstransfer in den Gebieten Leichtbauwerkstoffe, -konstruktion und Fertigungstechnologien.
Mit der Forschungsförderung (01.08.2018 - 31.03.2022) konnte der Forschungsschwerpunkt Leichtbau der Hochschule Landshut in Zusammenarbeit mit weiteren Forschungsinstituten und sechs Unternehmen ausgebaut werden. In Kooperation mit dem Fachbereich Chemie und Physik der Materialien der Universität Salzburg (PLUS) sowie dem Institut für Metallformung der TU Bergakademie Freiberg werden Promotionen der wissenschaftlichen Mitarbeiter mit den jeweiligen Forschungsergebnissen angestrebt. Um die Umsetzung der Forschungsergebnisse in die Praxis zu unterstützen, wurden für alle drei Teilprojekte Partnerunternehmen in die Forschungsarbeiten eingebunden. Mitgearbeitet haben die Unternehmen HBM Prenscia, Lanxess, MAN Truck & Bus, Porcher Industries, Poraver und Otto Spanner.
Im Teilprojekt „Mehrfachgekrümmtes Sandwichelement mit integrierter Deckschicht“ konnten zunächst ebene Sandwichelemente mit integrierten glasfaserverstärkten Deckschichten und einem Kern aus zellularem Verbundwerkstoff in einem Gussverfahren reproduzierbar hergestellt werden. Im Gegensatz zur konventionellen Herstellung von Sandwichelementen wird beim angewandten Monomer Transfer Molding vorab kein Kunststoff aufgeschmolzen, da die niederviskose Monomerschmelze erst direkt im Werkzeug zu Gusspolyamid-6 polymerisiert. Für den Transfer auf mehrfach gekrümmte Sandwichelemente wurde ein Prozess zur Herstellung von infiltrierbaren Preforms für den Sandwichkern untersucht. Die anschließend hergestellten ebenen und mehrfach gekrümmten Sandwichelemente wurden anhand quasistatischer Biegeversuche charakterisiert und die Auswirkungen wesentlicher Herstellparameter analysiert.
Im Teilprojekt „Betriebsfestigkeit umgeformter Mg-Blechstrukturen“ wurde die Herstellung und das Ermüdungsverhalten von Strukturbauteilen aus gießgewalzten AZ31B Mg-Blechen erforscht. Durch Gefügeuntersuchungen vor und nach der Umformung sowie nach zyklischen Beanspruchungen konnten das Deformationsverhalten analysiert und geeignete Umformparameter ermittelt werden. Mit uniaxialen Versuchen und Biegeversuchen wurden die quasi-statischen und zyklischen mechanischen Eigenschaften umgeformter Mg-Strukturen charakterisiert und das Betriebsfestigkeitsverhalten mit dem im FSPL entwickelten „Concept of Highly Strained Volume“ erfolgreich modelliert.
Im Teilprojekt „Fertigung und Prüfung laserauftraggeschweißter TiAl-Basislegierungen“ wurde das Know-how und die technischen Möglichkeiten zum Auftragschweißen erfolgreich aufgebaut und erweitert. U.a. konnte gezeigt werden, dass sich positive Einflüsse einer feinkörnigen Randschicht nach einer geeigneten Wärmebehandlung auf die Eigenschaften einer intermetallischen γ-TiAl-Legierung ergeben. Sowohl die Zugfestigkeit als auch die Ermüdungsbeständigkeit steigen bei Raumtemperatur deutlich. Die bei TiAl-Legierungen typische Versprödung nach einer Exposition bei hohen Temperaturen kann bei der geprüften TNM-Legierung vollständig vermieden werden. Auch bei hohen Temperaturen steigt die Ermüdungsbeständigkeit.
Die Förderung durch das StMWK hat den Forschungsschwerpunkt Leichtbau in die Lage versetzt, weitere erfolgreiche Projektanträge zu stellen. Hierzu zählt insbesondere ein Antrag zur Beschaffung und dem wissenschaftlichen Betrieb einer Anlage zur Fertigung innovativer Leichtbauplattenstrukturen. Die Anlage auf Basis des sogenannten L-PBF-Verfahrens (Laser-Powder Bed Fusion) ermöglicht die Fertigung besonders dünnwandiger Strukturen aus dem Pulverbett und soll in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 in Betrieb genommen werden.
Gegenstand dieses Artikels ist die Untersuchung der Prozessfähigkeit des 3D-Druckers Fuse 1 von der Firma Formlabs.
Mit dem Fuse 1 erweiterte das amerikanische Unternehmen Formlabs, das bereits für seine Stereolithografie-3D-Drucker (SLA) bekannt ist, sein Produktportfolio um das selektive Lasersintern (SLS).
Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit und Qualität hinsichtlich der (Wiederhol-) Genauigkeit wurden verschiedene Versuche durchgeführt. Neben dem Drucken von Probekörpern zur Untersuchung der Maßhaltigkeit, wurden auch Zug-, Biege- und Relaxationsversuche durchgeführt. Hierbei wurden zusätzlich die, für additive Fertigungsverfahren, übliche anisotropen Festigkeitseigenschaften ermittelt. Entgegen der Erwartungen zeigten sich lediglich geringfügig anisotrope Eigenschaften.
In allen untersuchten Bereichen zeigte sich der Fuse 1 durchwegs als ausgreift und zuverlässig. Die einfache und weitgehend automatisierte Bedienung, wurde auch bei diesem Modell beibehalten und damit ist sie sowohl für den professionellen als auch semi-professionellen Einsatz prädestiniert. Die dafür notwendige Druckvorbereitung unterstützt Formlabs mit einer eigenen Slicer-Software ebenfalls recht gut.
Da Patienten im Körperbau variieren, müssen einige Medizinprodukte individuell für einzelne Patienten hergestellt werden, wie z. B. Fußorthesen, künstliche Gliedmaßen oder Implantate. Einige dieser Produkte werden bereits mittels 3D-Druck erzeugt, allerdings gibt es auch Artikel, die bisher nur eingeschränkt an die Bedürfnisse des Patienten angepasst werden. Gehhilfen sind Konfektionsware, weil sie oft nur temporär bei der Genesung nach Unfällen zum Einsatz kommen. Der demografische Wandel und die steigende Lebenserwartung können jedoch zu einer langfristigen Nutzung führen. Insbesondere als langjähriger Begleiter sollte eine Gehhilfe die spezifischen Bedürfnisse eines Nutzers hinsichtlich Ergonomie, Ästhetik und zusätzlicher Funktionalität erfüllen. In dem vorliegenden Artikel konnte gezeigt werden, dass mittels additiver Fertigung (3D-Druck), eine individuelle, belastungsgerechte Anpassung von Unterarmgehstützen an Patienten technisch und wirtschaftlich möglich ist, was exemplarisch in Form eines Prototypen für eine Testperson realisiert wurde.
In diesem Artikel wird die Prozessfähigkeit des Composer A3 der Firma Anisoprint [4] untersucht und bewertet. Bei dem Gerät handelt es sich um einen 3D-Drucker, der auf Basis des Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF) arbeitet, und darüber hinaus Endlosfasern aus Carbon oder Basalt zur Steigerung der Festigkeit, während des Druckes einlegen kann. Die Prozessfähigkeit des Druckers wird hinsichtlich der Maßhaltigkeit und der Formgenauigkeit anhand von verschiedenen Probekörpern überprüft, ebenso wurde die Zugfestigkeit mit Zugproben nach DIN EN ISO 527-2 1A in zwei Raumrichtungen (stehend und liegend auf der Bauteilplattform angeordnet) untersucht.
Bei den Untersuchungen zeigte sich, dass der Composer A3 zusammen mit der Slicer-Software AURA, die sehr viele Optionen in den Einstellungen bietet, recht gute Ergebnisse liefert. Die Endlosfasern, ob aus Carbon oder Basalt, werden mit den richtigen Einstellungen sauber und ordentlich in das Druckobjekt eingebunden und auch die Festigkeitseigenschaften der Carbon-Kurzfaser-Material (Smooth PA) übertrafen liegend gedruckt sogar die Angaben im Herstellerdatenblatt um bis zu 28 %.
Die mechanische und konstruktive Ausführung verschiedener Druckerkomponenten sind jedoch noch verbesserungsbedürftig, um Produktionsausfälle besser zu vermeiden.
Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Funktionsweise und Optimierung von magne-tischen Umlaufgetrieben. Magnetische Getriebe übertragen Drehmomente kontaktlos, und damit reibungsfrei mittels des magnetischen Flusses in den Luftspalten. Diese Getriebe eignen sich daher sowohl für mikromechanische Systeme, als auch für Großgetriebe wie z. B. bei Windkraftanlagen, da sie hohe Drehzahlen schwingungsarm übertragen, eine reduzierte, schmierungsfreie Wartung bei großer Zuverlässigkeit aufweisen und bei Überlast durchrut-schen können.
Um den magnetischen Fluss, das Übersetzungsverhältnis und das übertragbare Drehmoment eines solchen Getriebes zu bestimmen, wurden Simulationsmodelle mit verschiedenen Magnetanordnungen (regelmäßige und Halbach-Array-Ausrichtung) erstellt und mit vergleichbar einfachen Mitteln ein funktionsfähiger Getriebeprototyp konstruiert, gefertigt und gebaut.
Untersuchung künstlicher Intelligenz im Bereich der Konstruktion mit Generativer Design Software
(2021)
Der folgende Artikel befasst sich mit der Untersuchung der automatisierten, softwaregesteuerten Bauteilgenerierung, dem sogenannten computational oder generativen Design und den Möglichkeiten, die diese Software-Programme heute schon bieten. Außerdem wird an einem Beispiel die Leistungsfähigkeit dieser Technologie aufgezeigt, wozu das Programm Fusion 360 von Autodesk verwendet wird.
Insgesamt betrachtet befindet sich die Software für das generative Design noch in der Entwicklungsphase, besitzt aber das Potential den Entwurfsprozess von Produkten maßgeblich zu beeinflussen und in der Zukunft zu einem mächtigen Entwicklerwerkzeug für konstruktive Fragestellungen zu werden.
Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Prozessfähigkeit eines, von der Firma Formlabs entwickelten, und nach dem Stereolithographie-Prinzips arbeitenden 3D-Drucker mit der Bezeichnung „Form 3“. Die mit dem Form 3 produzierten Bauteile wurden auf ihre Zugfestigkeit, Form- und Maßhaltigkeit getestet. Des Weiteren sind die kleinstmöglich herzustellenden Geometrien mithilfe mehrerer Versuchsreihen ermittelt, sowie die kleinstmögliche Spaltbreite zwischen vertikal und horizontal gedruckten Geometrien untersucht worden.
Der vorliegende Artikel beschäftigt sich mit der Prozessfähigkeit eines von der Firma BCN3D entwickelten, und nach dem Fused Layer Modelling (FLM) Verfahren arbeitenden 3D-Druckers mit der Bezeichnung "Sigmax R19“. Dazu sind mit diesem Drucker hergestellte Teile auf ihre Zugfestigkeit, Form- und Maßhaltigkeit untersucht worden. Außerdem sind die erforderlichen Spaltmaße für gedruckte Funktionseinheiten mit sich relativ zueinander beweglichen Bauteilen ermittelt und die Möglichkeiten der Vervielfältigungs- und Spiegelfunktionen des, mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Extrudern ausgestatteten, Druckers untersucht worden.