Thema:

Konzeptionelle Entwicklung und Bau einer hochproduktiven Fertigungsanlage zur generativen Herstellung großvolumiger Bauteile aus wahlfreien Kunststoffen (HP3D; Teilprojekt Entwicklung von werkstoff- und geometriespezifischen Prozessen und Produktionsstrategien auf Basis eines modularen Extruders)

Förderkennzeichen:

02P14A024

Laufzeit:

01.11.2015 - 31.03.2019

Forschungsvereinigung:

Projektträger Karlsruhe Produktion und Fertigungstechnologien

Forschungsstelle :

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Ziel des Forschungsvorhabens HP3D ist die Entwicklung einer hochproduktiven Anlage zur Herstellung von Teilen aus beliebigen thermoplastischen Kunststoffen. Durch die erstmalige Realisierung eines „echten“ dreidimensionalen additiven Verfahrens wird es möglich, festigkeitsoptimierte Teile herzustellen bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Leichtbau-Aspekten. Durch den Einsatz von Multimaterialsystemen sowie der Integration von zusätzlichen Funktionselementen gelingt es, eine Vielzahl von spezifischen Anforderungen in das Kunststoffteil zu integrieren. Erreicht werden soll dies durch die Kombination von Industrierobotern mit modularen Extrusionseinheiten zu einem Anlagensystem, so dass mit Standard-Kunststoff-Granulat in einem strangweisen Schichtaufbau 3D-Bauteile generiert werden können. Dabei stehen die Entwicklung eines System zur Offline-Programmierung sowie verschiedener Systemkomponenten (u. a. modulare Extruder, Spannsysteme, Temperiereinheiten, Module zur lasergestützten Nachbearbeitung, Messsysteme zur Prozessüberwachung) und die Steuerung des Gesamtsystems zur Synchronisation der Handhabungseinheiten sowie der Systemkomponenten im Vordergrund. Als Demonstrator wird eine vollständige Produktionsanlage verwirktlicht.

3D gedruckte faserverstärkte Gelenkpunkte für adaptive Faltwerke - „HiPlast“

Förderkennzeichen:

SWD-10.08.18.7-16.51

Laufzeit:

Forschungsvereinigung:

Forschungsinitiative Zukunft Bau
Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR)

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Formveränderliche Faltwerke für Fassaden- und Dachkonstruktionen gewinnen zunehmende Bedeutung. Sie sind motiviert durch szenographische als auch bauphysikalisch-energetische Aspekte (Verschattung bzw. Belichtung, gebäudeintegrierte Photovoltaik). Die Integration zusätzlicher Funktionen in zukünftige Hüllelementkonstruktionen darf dennoch nicht zu höheren Konstruktionsgewichten bzw. Transportabmessungen führen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer geeigneten Fügetechnologie für formveränderlichen, leichten und tragfähige Hüllelementstrukturen. Die formveränderlichen Hüllelementstrukturen sind grundlegend aus ebenen Platten aufgebaut, welche durch eine geeignete Füge- und Falttechnik verschiedene Bewegungsvorgänge realisieren und zu einem räumlichen Tragwerk geformt werden können. Speziell die Fügetechnologie der einzelnen Plattenelemente soll unter Anwendung innovativer faserverstärkter 3D-Drucktechnologien weiterentwickelt werden. Die Ansprüche an die "Fugen" sind aus Gründen der mechanischen Beanspruchung und der Dauerhaftigkeit aus Umwelteinflüssen als sehr hoch einzuschätzen. In diesen Bereichen erfolgt die wesentliche Kraftübertragung zwischen den Platten. Der Ansatz des Forschungsvorhabens besteht darin, die einzelnen schubsteifen Plattenelemente mit Hilfe von 3D-gedruckten faserverstärkten Gelenkpunkten zu verbinden. Aufgrund der angestrebten Formveränderbarkeit übernehmen die Fügestellen die Funktionen räumlicher Gelenke, deren komplexe Geometrie materialeffizient in einem Fertigungsschritt über geeignete 3D-Druckverfahren hergestellt werden kann. Um den hohen auftretenden Beanspruchungen Rechnung zu tragen, wird im Rahmen des Forschungsvorhabens der Einsatz faserverstärkter 3D-Drucksysteme präferiert. Die entwickelten Knotenpunkte werden sowohl numerisch mit der Finite-Elemente-Methode als auch experimentell untersucht. Validierte Materialmodelle werden anhand geeigneter Versuche mit 3D-gedruckten Proben bestimmt. Anhand von Demonstratoren wird die Anwendung und Tragfähigkeit der entwickelten Knotenpunkte untersucht.

Spritzerarmes Laserstrahlschweißen bei hohen Geschwindigkeiten unter angepassten Intensitätsverteilungen

Förderkennzeichen:

18582 BR

Laufzeit:

01.07.2016 - 31.01.2019

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Das Laserstrahlschweißen erreicht bei Einsatz eines geeigneten Handlingssystems aufgrund seiner hohen Leistungsdichte Schweißgeschwindigkeiten bis 20 m/min. Jedoch können diese wirtschaftlich bedeutenden Schweißgeschwindigkeiten nur in gewissen Grenzen genutzt werden, da die Strömungsbedingungen um die Kapillare sowie die Wechselwirkung des austretenden Metalldampfs mit der umgebenden Schmelze zur vermehrten Bildung von Spritzern, insbesondere bei nicht rostenden Stählen, führt. Diese führen zu Nahtimperfektionen sowie Anhaftungen auf der Bauteiloberfläche, die den Korrosionsschutz des Bauteils beeinträchtigen können. Daraus resultieren Nacharbeit bzw. eine Begrenzung der Schweißgeschwindigkeit. Demgegenüber ist eine gesteigerte Produktion unter Einhaltung der Qualitätsanforderungen von hoher wirtschaftlicher Bedeutung und kann durch eine Verschiebung der Prozessgrenze hin zu höheren Schweißgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Reduktion der Spritzerbildung erreicht werden. Hier setzt das Forschungsvorhaben mit der gezielten Betrachtung der Wechselwirkung des Laserstrahls und seiner angepassten Intensitätsverteilung mit dem Werkstück an. Dem Ansatz liegt eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeiten durch ein lokal vergrößertes Schmelzbad zu Grunde, um daraus folgend die Spritzerbildung für einen breiten Geschwindigkeitsbereich zu reduzieren. Hierfür sind komplexe, angepasste Intensitätsverteilungen notwendig, die ein spritzerfreies Schweißen bei hohen Schweißgeschwindigkeiten erlauben. Gegenwärtig erhältliche Strahlformungskomponenten ermöglichen die Realisierung dieser Intensitätsverteilungen nicht. Demgegenüber bieten sich refraktive (brechende) optische Elemente zur Laserstrahlformung an und zeichnen sich gegenüber diffraktiven (beugenden) Elementen durch eine hohe Effizienz aus. Das Forschungsvorhaben verknüpft dabei die Fragestellungen des Optikdesigns zur effizienten Strahlformung mit dem Ziel des spritzerfreien, schnellen Laserstrahlschweißens.

Fügen von Aluminium-Stahl-Verbunden durch einseitig konduktive Erwärmung (HyAdd3D)

Förderkennzeichen:

IGF 19.205 BR

Laufzeit:

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle :

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Das Widerstandspunktschweißen ist das in der blechverarbeitenden Industrie am häufigsten eingesetzte Fügeverfahren. Insbesondere die hohe Automatisierbarkeit und Flexibilität sowie die hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens sind wesentliche Ursachen für die Verbreitung des Widerstandspunktschweißens. Aufgrund der aktuellen politischen Rahmenbedingungen, Emissionen zu reduzieren, werden verstärkt Mischbauweisen verfolgt, in denen Stahl und Aluminium kombiniert ein-gesetzt werden. Für den Einsatz von Aluminium und Stahl im Verbund bedarf es angepasster Fügetechnologien und Herangehensweisen, da insbesondere die divergierenden physikalischen und chemischen Eigenschaften Herausforderungen an die Verbindungstechnologie formulieren.
Das thermische Fügen von Aluminium mit Stahl – respektive Eisen, ist jedoch von der Bildung intermetallischer Phasen an der Grenzfläche gekennzeichnet. Diese weisen im Allgemeinen ein sprödes Versagensverhalten und eine geringe Ermüdungsfestigkeit auf. Aus diesem Grund werden gegenwärtig technisch aufwändige mechanische Fügeverfahren - wie Schraub- und Nietverfahren in Verbindung mit Klebstoffen angewendet. Diese benötigen zusätzliche Fügeelemente (FE). Diese Elemente prägen sich einerseits über die Blechdicke hinaus aus und erfordern zusätzliche Prozessschritte wie das Einstanzen des FE, Vorlochoperationen, Aushärten und Abdichten der Verbindung. Dementsprechend resultieren längere Fertigungszeiten je Bauteil und Zusatzkosten.
Eigene Untersuchungen zeigen die weitere Möglichkeit Aluminium mit Stahl direkt ohne den Einsatz zusätzlicher Fügehilfsmittel mittels Widerstandsschweißtechnologie zu verbinden auf. Bei diesem Verfahrensansatz erfolgt die Stromeinleitung einseitig in nur einem Verbindungspartner. Dadurch erfolgt die Widerstandserwärmung im Vergleich zur konventionellen zweiseitigen Elektrodenanordnung bevorzugt in nur einem Verbindungspartner, so dass der Gesamtwärmeeintrag und die Phasenausbildung an der Grenzfläche begrenzt wird. Ziel des Projektes ist es durch die Erwärmung so zu steuern nur einen  das Wachstum Duktilitätsmindernder Phasen zu reduzieren und so ein duktiles Werkstoffverhalten zu ermöglichen
    

Entwicklung einer additiven Herstellungsmethode von Verbundstrukturen mittels MSG-Lichtbogentechnik

Förderkennzeichen:

IGF-Nr. 18585 BR

Laufzeit:

01.07.2016 – 30.09.2018

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle :

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Im Rahmen des abgeschlossenen IGF-Forschungsvorhabens 18.585 BR wurde die additive Fertigung von Verbundstrukturen mit Metall-Schutzgas-Schweißverfahren untersucht. Der Untersuchungsschwerpunkt des Projekts lag auf der Herstellung endkonturnaher, funktionalisierter 2D- und 3D-Strukturen. Hierzu erfolgte zunächst die Charakterisierung der Basiswerkstoffe G4Si1 und G19-9LSi. Zur Erzielung eines Verschleißschutzes wurden diese systematisch mit den Hartstofflegierungen FeCrC und Ni-WSC kombiniert. Die Aufbaustrategien wurden hinsichtlich des Energieeintrags und des resultierenden Temperatur-Zeit-Verlaufs variiert, um Erkenntnisse zu geometrischen und metallurgischen Eigenschaften zu erarbeiten. Abschließend erfolgte die Herstellung von anwendungsrelevanten 3D-Bauteilen mit integrierter Verschleißschutzschicht. Das Forschungsvorhaben lieferte erstmalig Erkenntnisse zur additiven Fertigung von verschleißbeständigen Hybridstrukturen mittels Lichtbogenschweißprozess.
    

Thema:

Untersuchungen zur Übertragbarkeit der Prozessgrößen beim Diffusionsschweißen in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie und den Erwärmungsbedingungen

Förderkennzeichen:

18582 BR

Laufzeit:

01.07.2016 - 30.06.2018

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Technische Optik

Thema:

Entwickeln eines Pressschweißverfahrens zum Fügen von Kupfer mit Aluminiumlitzen durch kontrollierte Bildung eines Eutektikums

Förderkennzeichen:

19036 BR

Laufzeit:

01.02.2016 - 31.01.2018

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Halle GmbH (SLV)

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Thermisches Fügen von lichtbogenoberflächenbehandelten Stählen mit faserverstärkten Kunststoffen

Förderkennzeichen:

19042 BR

Laufzeit:

01.02.2016 - 31.01.2018

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. FOSTA

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Dresden - Institut für Fertigungstechnik, Professur für Fügetechnik und Montage

Forschungsstelle 3:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Entwicklung einer additiven Herstellungsmethode für Verbundstrukturen mittels MSG-Lichtbogentechnik

Förderkennzeichen:

18585 BR

Laufzeit:

01.07.2016 - 30.06.2018

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Strategie zur Skalierung des Rührreibschweißens unter besonderer Berücksichtigung der Werkzeug/Werkstoff Wechselwirkung - "Friction Stir Scaling"

Förderkennzeichen:

18843 BR

Laufzeit:

01.09.2015 - 31.08.2017

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Neuartige Strategien zum wirtschaftlichen Herstellen verschleiß- und korrosionsbeständiger Schneidwerkzeuge für die Lebensmittelindustrie; Weiterentwicklung und Industrialisierung der Verfahrensstrategie unter Berücksichtigung der realen Werkzeuggeometrien und des produktionstechnischen Umfeldes

Förderkennzeichen:

KF2162403AG4

Laufzeit:

02.02.2015 - 31.01.2017

Forschungsvereinigung:

AiF Projekt GmbH, Tschaikowskistr. 49; 13156 Berlin

Forschungsstelle 1:

BE Maschinenmesser GmbH & Co. KG

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Entwicklung einer aktiven dynamischen Kompensation des thermisch induzierten Fokusshifts für den prozessicheren Betrieb von Strahlablenkeinheiten mit hochbrillanten Laserstrahlquellen; Deformationsbasierte, prospektive Steuerung zum Ausgleich des thermisch bedingten Fokuslagenschifts bei scannerbasierten materialbearbeitungsprozessen mit Laserquellen hoher Brillanz.

Förderkennzeichen:

VP2184764NT4

Laufzeit:

01.06.2015 - 28.02.2017

Forschungsvereinigung:

Arbeitsgemeinschaft undustrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.  (AIF) 

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Simultanes Fräs- und Oberflächenbearbeitungsverfahren zur Verbesserung der Bauteilqualität und Effizienzsteigerung chemischer Nachbearbeitungsprozesse; Entwicklung einer piezoelektrischen Antriebnseinheit zur Schwingungsüberlagerung an konventionellenFräsmaschinen sowie Oberflächenuntersuchungen an den schingungsüberlagert gefertigten Bauteilen.

Förderkennzeichen:

KF2184762AT4

Laufzeit:

02.02.2015 - 31.01.2017

Forschungsvereinigung:

AiF Projekt GmbH

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Thema:

Metall-Schutzgas-Tandemschweißen mit mittiger Hartstoffeinbringung zum Herstellen gradierter Verschleißschutzschichten

Förderkennzeichen:

18008 BR

Laufzeit:

01.11.2014 - 31.10.2016

Forschungsvereinigung:

Arbeitsgemeinschaft undustrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.  (AIF) 

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Dresden - Institut für Fertigungstechnik, Professur für Fügetechnik und Montage

Forschungsstelle 2:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

thema:

Untersuchungen zur Übertragbarkeit der Prozessgrößen beim Diffusionsschweißen in Abhängigkeit von der Bauteilgeometrie und den Erwärmungsbedingungen

Förderkennzeichen:

18020 BR

Laufzeit:

01.09.2014 - 31.08.2016

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren des DVS e.V.

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Prozessstrategie zum Reparieren von Nickelbasisbauteilen mittels Laserstrahl

Förderkennzeichen:

18020 BR

Laufzeit:

01.09.2014 - 31.08.2016

Forschungsvereinigung:

Arbeitsgemeinschaft undustrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V.  (AIF) 

Forschungsstelle 1:

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

Gasturbinenschaufeln aus warmfesten Nickelbasis-Superlegierungen werden nach definierten Betriebsintervallen von ca. 24.000 Betriebsstunden einer regelmäßigen Inspektion und Wartung unterzogen. Die Kosten für eine einzige Turbinenschaufel betragen bis zu 15.000 €, wobei modernste Turbinen bis zu 300 Schaufeln besitzen. Ein Austausch ist für die Kraftwerksbetreiber demnach mit hohen finanziellen Aufwendungen verbunden. Dagegen beläuft sich der finanzielle Aufwand einer Reparatur im Vergleich zur Neuanschaffung einer Turbinenschaufel auf nicht mal 50 %.

Ziel im Rahmen des Forschungsvorhabens besteht in der Entwicklung einer alternativen Reparaturstrategie mit drahtförmigen Schweißzusatzwerkstoffen und dem Einsatz einer gepulst, modulierbaren Laserstrahlquelle. Mithilfe der der hochdynamischen Leistungsregelung innerhalb der Pulses (ms) wird  der Wärmeeintrag während des Schweißprozesses definiert gesteuert ermöglicht die Beeinflussung der Erstarrungsbedingungen. Somit kann der Schweißprozess derart ausgelegt werden, dass hochfeste Superlegierungen auch bei Raumtemperatur funktionell mit artgleichen Zusatzwerkstoffen rissfrei geschweißt werden.

Das IGF-Vorhaben 18334 BR der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
Der Abschlußbericht kann im Fachgebiet angefordert werden. (Kontakt)