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Phase 3

Werkzeugintegrierte Plug&Play-Sensoren zur Prozessüberwachung

alternativ

Am Markt verfügbare Systeme zur Prozessüberwachung sind meist im Hinblick auf die verwendbaren Werkzeuge eingeschränkt oder stellen Speziallösungen dar. Dies macht die breite Implementierung von Prozessüberwachungsstrategien insbesondere für KMU unwirtschaftlich. Verfügbare universelle Überwachungslösungen sind hingegen zu weit von der Wirkstelle entfernt und hierdurch nur bedingt geeignet, den Herausforderungen moderner hochkomplexer Fertigungsprozesse gerecht zu werden. Ein Lösungsansatz sind Retrofitlösungen zur Überwachung bestehender Werkzeuge oder Maschinen. Aufgrund von Bauraumbeschränkungen und Steifigkeitsanforderungen sind am Markt verfügbare Sensorsysteme hierfür nur bedingt geeignet.
Durch Kombination der Expertisen der Fraunhofer-Institute IWU, IKTS und ENAS kann im Projekt ein modulares Sensorsystem entwickelt werden, welches durch Einsatz piezoelektrischer und CNT Schichtsensoren an vielfältige Einsatzszenarien adaptiert werden kann. Das Potential der Entwicklungen wird durch die Prozesserprobung an marktüblichen Fräs- und Umformwerkzeugen aufgezeigt.

 

Kontakt

Dipl.-Ing. Martin Ettrichrätz
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 351 4772-2105
martin.ettrichrartz@iwu.fraunhofer.de 
www.iwu.fraunhofer.de

 

Dr.-Ing. Sylvia Gebhardt
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: +49 351 2553-7694
sylvia.gebhardt@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

 

Dr.-Ing. Sascha Hermann
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
Technologie-Campus 3, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 371 45001-292
sascha.hermann@enas.fraunhofer.de
www.enas.fraunhofer.de

Funktionsintegration in Warmumformteile durch additiv gefertigte endkonturnahe Ausgangsformen - PrintForm

Turbinenschaufeln werden aufgrund der benötigten Materialeigenschaften meist aus Ti-6Al-4V gefertigt, besitzen eine komplexe Struktur und erfordern eine hohe Fertigungsgenauigkeit. Ihre spanende Fertigung ist durch eine geringe Materialausnutzung charakterisiert. Im Projekt wird evaluiert, inwieweit die additive Fertigung von Ausgangsformen für das Warmumformen die Herstellung funktionsintegrierter Bauteile mit reduziertem Werkzeugaufwand, erhöhter Effizienz und definiert einstellbaren Materialeigenschaften ermöglicht. Weiterhin werden Methoden zur erleichterten Bauteilkennzeichnung, -identifikation und -rückverfolgung entwickelt.

Kontakt

Dr.-Ing. Ines Dani
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 371 5397-1311
ines.dani@iwu.fraunhofer.de 
www.iwu.fraunhofer.de

 

Dipl.-Ing. Uwe Böhmichen
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschine und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 371 5397-1376
uwe.boehmichen@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

 

Prof. Dr. rer. nat. Thomas Härtling
Fraunhofer-Institut für keramische Systeme und Technologien IKTS
Maria-Reiche-Str. 2, 01109 Dresden
Tel.: +49 351 88815-550
thomas.haertling@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

Strukturintegrierte, drahtlose Sensorik/Aktorik im Maschinenbau - SimiKom

Ziel des Projektes ist die Erschließung innovations- und entwicklungstechnischer Potenziale durch die Zusammenführung von Einzelkompetenzen mehrerer Fraunhofer-Institute aus verschiedenen Leistungszentren. Hierfür wird die Umsetzung und Integration sensitiver und aktiver Maschinenkomponenten zur Integration in eine Realanlage fokussiert. Kerninhalte sind die Aufbereitung und Integration eines bereits entwickelten Sensor- und Aktorrings in eine Antriebskomponente (Kugelgewindetrieb) innerhalb eines realen Maschinensystems, sowie die Realisierung und Erprobung hochintegrierter sensorischer Maschinenkomponenten. Dafür werden Kompetenzen aus den Bereichen Elektronik, Sensor- und Aktorintegration sowie Maschinenintegration zusammengeführt.

Im Rahmen des Projektes wird ein Realmaschinendemonstrator gefertigt. Durch die Sicherstellung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Maschinenkomponenten, wird neben der Resilienz des Systems auch die Anwendbarkeit der Erkenntnisse auf andere Produktsysteme und Einsatzgebiete erhöht. 

 

Kontakt:

Dipl.-Ing. Wolfgang Zorn
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Nöthnitzer Straße 44, 01187 Dresden
Tel: 0351/4772-2789
wolfgang.zorn@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

Dynamische bahnangepasste Sensorpositionierung für adaptive 3D-Druckprozesse - DynaSens

Die entscheidenden Vorteile der großformatigen additiven Fertigung bestehen in der schnellen, individuellen und ressourceneffizienten Bauteilherstellung ohne aufwendigen Werkzeug- und Vorrichtungseinsatz. Für eine schnelle und kosteneffiziente additive Fertigung von Kunststoffbauteilen hat sich die Schneckenextrusionstechnik (SEAM) bewährt. Dabei werden handelsübliche Kunststoffgranulate mit einem Schneckenextruder plastifiziert, über eine Düse schmelzflüssig ausgetragen und schichtweise bis zur Bauteilendkontur präzise abgelegt.

Forschung und Entwicklungen haben sich in den letzten Jahren wesentlich auf den Druckprozess mit Optimierung der Extruder- und Aktuatorparameter als auch auf die Interaktion des Aktuators (z.Bsp.: Roboter) mit der Plastifiziereinheit fokussiert. Die grundlegende Integration von Sensorik zur aktiven lokalen Überwachung und adaptiven Steuerung des Druckprozesses ist innerhalb erster Forschungsvorhaben bereits adressiert.

Im Rahmen des Projektes DynaSens wird ein neuartiges Positioniersystem zur smarten Sensoriknutzung für roboterbasierte 3D-Druck-Prozesse entwickelt.  Eine dynamische, bahnangepasste Sensorausrichtung zur kontinuierlichen Überwachung des Druckprozesses ist dabei die Grundlage für eine kontinuierliche und effiziente Prozessdatenerfassung, Qualitätssicherung und adaptiven Prozesssteuerung.

 

Kontakt

Thomas Günther
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Theodor-Körner-Allee 6, 02763 Zittau
Tel.: +49 3583 54086-4001
thomas.guenther@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

 

M. Sc. Paul Eichler
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU'
Reichenhainer Straße 88, 09126 Chemnitz
Tel.: +49 371 5397-1533
paul.eichler@iwu.fraunhofer.de
www.iwu.fraunhofer.de

Weiterentwicklung, Implementierung geeigneter In-Line-Messsysteme und Entwicklung einer KI-basierten Prozesskontrollmethodik in das additive Fertigungsverfahren Multi-Material-Jetting

Das am Fraunhofer IKTS entwickelte additive Fertigungsverfahren Multi-Material-Jetting (CerAM MMJ) zeichnet sich durch ein nahezu unbegrenztes Portfolio an verarbeitbaren Werkstoffen (Polymere, Metalle, Keramiken, Gläser) und der Möglichkeit zur additiven Fertigung von Multi-Materialbauteilen aus. Dabei werden die verschiedenen Massen als Einzeltropfen abgelegt und miteinander verschmolzen.

Basierend auf dem erfolgreichen Funktionsnachweis mittels Off-Line-Messungen für die Defekterkennung mittels Optische Kohärenz Tomographie (OCT, Nachweis von Lufteinschlüssen) in Phase II bzw. eines Linienscanners (Tropfenvolumen und -kontur, IKTS-Eigenentwicklung) werden diese Systeme in die IKTS-eigene CerAM MMJ-Anlage integriert, um direkt innerhalb des Fertigungsprozesses Messdaten zu sammeln, die unter Verwendung KI-basierter Methoden analysiert und mit gezielt erzeugten Defekten sowie den Prozessparametern korreliert werden.

Für OCT muss dafür ein spezieller, in die CerAM MMJ-Anlage integrierbarer Messkopf entwickelt werden. Die KI-basierten Methoden sollen zu einem Bemusterungsworkflow führen, mit dem eine systematische, effiziente Ermittlung von optimalen Druckparametern für neue Werkstoffe, Druckköpfe und Komponentengeometrien assistiert werden kann. Dies soll am Beispiel von neu zu entwickelnden Cermet- und Hartmetallmassen und daraus gefertigten Strukturen mit bisher unerreichten Eigenschaftskombinationen demonstriert werden.

Kontakt Gesamtprojektleitung:

Dipl.-Ing. Uwe Scheithauer
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: 0351/2553-7671
uwe.scheithauer@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Ralf Schallert (OCT)
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Volmerstr. 9, 12489 Berlin
Tel.: 030/6392-3427
ralf.schallert@ikts.fraunhofer.de
www.ikts.fraunhofer.de

Dr.-Ing. Valentin Lang (KI)
TU Dresden - Professur für Werkzeugmaschinenentwicklung und adaptive Steuerungen
Helmholtzstraße 7a, Kutzbachbau, 01062 Dresden
Tel.: 0351/463-34338
valentin.lang@tu-dresden.de
https://tu-dresden.de/ing/maschinenwesen/imd/lwm

Dr.-Ing. Johannes Pötschke (Hartmetalle und Cermets)
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: 0351/2553-7641
johannes.poetschke@ikts.fraunhofer.de
http://www.ikts.fraunhofer.de/de/hartmetalle

Werkstoffqualifizierung additiv hergestellter, langfaserverstärkter CMC (Keramik Matrix Komposite) - WLasCer

Ziel des Projektes ist die Qualifizierung von laserbasiert hergestellten keramischen Verbundwerkstoffen. Diese bestehen aus einer Yttrium-Disilikat-Matrix und Siliciumcarbid-Fasern. Aufgrund der Neuheit des Verfahrens für diese Werkstoffklasse sind diese Kennwerte das Fundament für einen erfolgreichen Transfer der Technologie. Neben versuchsbegleitenden Gefügeuntersuchungen sollen vornehmlich mechanische Werkstoffkennwerte ermittelt werden. Weiterhin ist eine Optimierung der Zusammensetzung der Ausgangsstoffe vorgesehen, um die Prozessstabilität und die resultierenden Eigenschaften zu verbessern.

Ein Transfer der Projektergebnisse wird in den zwei Bereichen Normung & Standardisierung und Transfer gesehen. Das erstellte Anlagenmodell soll als Grundlage für die Weiterentwicklung und Standardisierung der Anlagentechnik dienen.

 

 

Kontakt:

Dipl.-Ing. Stefan Polenz
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Telefon: +49 351 83391 3870
stefan.polenz@iws.fraunhofer.de
www.iws.fraunhofer.de

Qualifizierung von Reinkupfer und hochfesten Kupferlegierungen für das selektive Laserstrahlschmelzen mit grüner Laserstrahlquelle - QualiCuGreen

Mit der Laserstrahlschmelzanlage mit integriertem grünen Laser kann Reinkupfer mit 99,95 % relativer Dichte und über 100 % IACS elektrischer Leitfähigkeit verarbeitet werden. In der dritten Phase des Leistungszentrums soll einerseits die Geometriegenauigkeit von Reinkupferbauteilen gesteigert werden durch die Anpassung der Prozessparameter und die Auslegung von Stützstrukturen. Andererseits soll der Einfluss von Sauerstoff auf die Dichte und Leitfähigkeit der generierten Bauteile und die Rezyklierbarkeit des Pulvers untersucht werden. Zusätzlich sollen weitere Kupferlegierungen prozessiert werden, um die Werkstoffpalette für die additive Fertigung im Bereich Kupfer zu erweitern.

 

 

Kontakt:

M. Sc. Samira Gruber
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: +49 351 83391 3296
Samira.gruber@iws.fraunhofer.de
www.iws.fraunhofer.de

Binder Jetting von porösen Materialien

Im Projekt BJPM (Binder Jetting von porösen Materialien) werden metallische Proben und Bauteile mit unterschiedlicher Porosität im Binder Jetting Verfahren hergestellt. Binder Jetting ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem ein organischer Binder in ein Pulverbett gedruckt wird. Auf diese Weise entsteht ein hochporöser Grünkörper, der  durch Sintern verdichtet wird und seine Bauteileigenschaften erhält. Ziel kann dabei ein Bauteil hoher Dichte, aber auch poröse Bauteile, beispielsweise für Filter-, Dämpfer, Leichtbaustrukturen oder weiteres sein. Die Porositätsstufen werden beispielsweise mit mechanischen Eigenschaften korreliert. Ein wichtiger Teil des Projekts ist zudem die Begleitung der Versuche durch Simulation von Schrumpf und Verzug während des Sinterprozesses.

Kontakt
Dipl.-Ing. Moritz Greifzu
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Winterbergstraße 28, 01277 Dresden
Tel.: +49 (0) 351 83391-3606
moritz.greifzu@iws.fraunhofer.de
http://www.iws.fraunhofer.de

Ölqualitäts-Monitor - OELQMON

Im Projekt soll ein MEMS-Ölqualitätssensor entwickelt werden, der die On-Line Parametermessung von Hydraulikflüssigkeiten und damit eine präzise Regelung von Hydraulik-Achsen z.B. in Bearbeitungsmaschinen ermöglicht. Dafür wird ein bereits vorhandener resonanter MEMS-basierter Fluidsensor, der Viskosität, Dichte, Temperatur und Dielektrizitätszahl der Flüssigkeit misst, für den genannten Einsatz qualifiziert. Ziele des Projektes bestehen darin, den bestehenden Sensor hinsichtlich des Nachweises der Robustheit gegenüber Partikelgehalt, Beimengungen (z.B. Säuren) und Gasen zu evaluieren und dadurch fundiert zu verbessern sowie die derzeitigen Messgrößen um den Partikelgehalt oder die Gasemulsion (Mikrobläschen) zu erweitern. Dazu wird der Bauraum der Messzelle des Sensors mit einer geeigneten Aufbautechnologie verkleinert und ein anderer MEMS-Resonator-Typ als Messzelle eingesetzt. Untersuchungen zum Einfluss von dispergierten Partikeln und Gasen verbessern dabei das Verständnis für deren Einfluss auf die Sensordaten.

Kontakt

Dr.-Ing. Alexander Weiß
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
Technologie-Campus 3, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 45001 246
alexander.weiss@enas.fraunhofer.de
https://www.enas.fraunhofer.de/de/Abteilungen/MDI.html

Intelligenter Werkzeugträger - INTEW

Bei zerspanenden Bearbeitungsmaschinen sind Werkstückspannungen essentielle Verbindungselemente zwischen Werkstück und Maschinenelement, denn eine fehlerhafte Werkstückspannung hat sofort immer unmittelbare Auswirkung auf die Bearbeitungsqualität und die Prozesssicherheit. Die derzeit eingesetzten Methoden zur Spannkraftmessung besitzen gravierende Nachteile, sie sind teuer, groß und daher kaum zur Onlinemessung einsetzbar. Ziele des Projektes bestehen darin, ein bestehendes folienbasiertes Sensorprinzip zur Messung einer Axialkraft hinsichtlich des Nachweises der Robustheit gegenüber andauernder, zyklenhafter Belastungen, Schmiermitteleinsatz und Vibration zu evaluieren und dadurch fundiert zu verbessern sowie den derzeitigen Aufbau konstruktiv für anwendungsnahe Einsatzfälle zu erweitern.

 

Kontakt

Dr.-Ing. Alexander Weiß
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS
Technologie-Campus 3, 09126 Chemnitz
Telefon: +49 (0) 371 45001 246
alexander.weiss@enas.fraunhofer.de
https://www.enas.fraunhofer.de/de/Abteilungen/MDI.html

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