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Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann

Fachgebietsleiter

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INHALTE

Aktuelle Forschungsprojekte

Thema:

Simulationsbasierte Optimierung der zeitabhängigen Pulsleistung beim Laserstrahlschweißen von Aluminiumlegierungen zur Vermeidung von Heißrissen (OptiPuls)

Förderkennzeichen:

IGF 20.826B (DVS I2.3005)

Laufzeit:

01.02.2020 – 31.01.2022

Forschungsvereinigung:

Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V. des Deutschen Verbandes für Schweißen und verwandte Verfahren e.V.

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Technische Universität Chemnitz, Professur Numerische Mathematik (Partielle Differentialgleichungen)

Für die Anwendung - hermetisches Dichtschweißen von elektronischen oder opto-elektronischen Komponenten in der Elektrotechnik mittels Laserstrahl – haben sich die Aluminiumlegierungen der 5xxx und 6xxx-Serie, die eine ausgeprägte Heißrissanfälligkeit aufweisen, mit einer Dicke von 0,3 mm bis 1,0 mm bei vielen Herstellern aufgrund ihrer günstigen Eigenschaften etabliert. Durch Anpassung der Prozessparameter – Pulsleistung und lineare Leistungsabfallrate - kann das Temperaturfeld während der Schmelzbaderstarrung beeinflusst werden. Bisher sind beispielsweise empirische Untersuchungen zur Ermittlung der Rampdown-Pulsform als eine einfache Form der Pulsgestaltung vorhanden, um eine heißrissfrei Verbindung herzustellen. Durch die simulationsbasierte Optimierung kann zuverlässig die zeitabhängige Pulsleistung für einen Laserstrahlschweißprozess so bestimmt werden, dass während der Abkühlung des aufgeschmolzenen Bereichs eine struktur- und werkstoffangepasste Erstarrungsgeschwindigkeit nicht überschritten wird, sodass ein Heißriss vermieden und eine maximale Schweißgeschwindigkeit erreicht wird. Mit Hilfe eines Zielfunktionals, durch welches zu große Erstarrungsgeschwindigkeiten bestraft werden und welches den Gesamtenergieeintrag und den korrekten Ablauf des Schmelz- und Erstarrungsvorganges berücksichtigt, soll durch Lösung eines mathematischen Optimierungsproblems eine freie Anpassung der Pulsform gefunden werden. Zu den Eingangsgrößen zählen Laserleistung unter Berücksichtigung des Absorptionsgrades, Fokusdurchmesser, Regelungszeiten zur Änderung der Laserintensität, Materialdicke, Punktdurchmesser, maximale Pulsenergie, Legierungstypen, Stoßarten. Den KMU wird ein kostenfreies Methodenwerkzeug zur Ermittlung der anwenderspezifischen Pulsform insbesondere für industrierelevante Stoßarten - Stumpfstoß mit I-Naht, Überlappstoß mit punktüberlappende Nahtschweißung und Kehlnaht - zur Verfügung gestellt, welches eine schnelle Umsetzung in der Praxis ermöglicht.
      

Thema:

Zukunftszentrum "Digitale Transformation Thüringen"

Förderkennzeichen:

2019010726

Laufzeit:

19.12.2019 - 30.06.2022

Forschungsvereinigung:

Bundesministerium für Arbeit und Soziales /ESF

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Ernst Abbe Hochschule Jena
Friedrich Schiller Universität Jena
IWT - Institut der Wirtschaft Thüringens
Arbeit und Leben Thüringen e.V.

Die Entwicklungen der letzten Jahre im Bereich der Digitalisierung bringen ein großes Potential für die Beschäftigten in den Bereichen der Produktion und der Logistik mit sich. Ihre Akzeptanz und der Erfolg ihres Einsatzes ist eng an die vorhandenen Qualifikationen und Kompetenzen der Mitarbeiter geknüpft.
Das Fachgebiet Fertigungstechnik fokussiert primär die Veränderungsprozesse, welche durch den Einsatz von Montageassistenzsystemen, Produktionsplanungssystemen sowie der MindSphere Technologie in der verarbeitenden Industrie angestoßen werden und evaluiert den entstandenen Qualifizierungsbedarf. Neben den Beratungen, welche den Unternehmen als ein Hilfswerkzeug für die Bewältigung der neuen Herausforderung zur Verfügung stehen, entwickelt das Fachgebiet ein auf die Bedürfnisse der Zielgruppe zugeschnittenes Lehrkonzept.

 

Thema:

Engineering for Smart Manufacturing (E4SM)
Engineering von Machine-Learning-basierten Assistenzsystemen für datenintensive industrielle Szenarien

Webseite www.e4sm-projekt.de

Förderkennzeichen:

 

Laufzeit:

01.05.2019 - 30.04.2023

Forschungsvereinigung:

Carl-Zeiss-Stiftung

Forschungsstellen

Gesamtprojekt der Technischen Universität Ilmenau folgender Fachgebiete:
Neuroinformatik und Kognitive Robotik
Telematik/Rechnernetze
Fertigungstechnik
Softwaretechnik für sicherheitskritische Systeme
Qualitätssicherung und industrielle  Bildverarbeitung
Datenbanken und Informationssysteme
System- und Software-Engineering

Das Fachgebiet Fertigungstechnik der TU Ilmenau adressiert innerhalb des Projektes die Integration des Anwendungsszenarios des vorrichtungsfreien Laserstrahlschweißens. Dazu sollen entstehende Verschiebungen beim vorrichtungsfreien Schweißen aufgenommen, abgeschätzt und entsprechende Gegenmaßnahmen abgeleitet werden, um den Prozess zur Lage der Bauteile anzupassen. Auf Basis des Einsatzes von echtzeitfähiger Prozessanalytik, sollen entstehende Verschiebungen mittels geeigneten Deep-Learning-Methoden charakterisiert, den zeitlichen Folgeverlauf der Spaltänderung prädiziert sowie eine notwendige Lageänderung berechnet und umgesetzt werden. Das Vorhaben adressiert gezielt die Anwendung robotergestützter Schweißszenarien, um eine hohe Umsetzbarkeit im industriellen Einsatzfeld zu gewährleisten sowie die ganzheitliche Abbildung der entwickelten Engineering-Methoden beim Einsatz von lernbasierten Assistenzsystemen demonstrieren zu können.

 

Thema: Digitale Prozessketten in der Konstruktion - DPKidK
Webseite www

Laufzeit:

01.12.2019-30.11.2022

Forschungsvereinigung:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik

In Kooperation mit Institut für Datenwissenschaften des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt wird in diesem Projekt die digitale Kopplung der Produktionsprozesse und der Methoden der konstruktiven Produktentwicklung für Produkte mit kleinen Losgrößen untersucht. Ziel ist es, Informationen zur fertigungstechnischen Technologieverfügbarkeit im Produktionsnetzwerk bereits während des konstruktiven Entwicklungsprozesses einzubinden, um die Bewertung der konstruktiven Lösungsprinzipien im Hinblick auf eine optimale Nutzung der verfügbaren Ressourcen im Netzwerk zu ermöglichen. Weiterhin soll durch eine digitale Abbildung von Fertigungsprozessen sowie der Anwendung von entsprechenden Bewertungsalgorithmen eine Aussage über die zu erwartenden Kosten und Lieferzeiten des entwickelten Produktes getroffen werden. In der Vision ermöglicht die geplante Softwareanwendung dem Konstrukteur durch Hinweise in Echtzeit zur fertigungstechnischen Machbarkeit, zur Lieferzeit und zu den zu erwartenden Produktionskosten, entsprechende Anpassungen am Produkt durchzuführen. Der Ingenieur kann, unterstützt durch digitale Abbildungen der Prozesse feststellen, (1) ob ein Produkt im Unternehmen hergestellt werden kann, (2) welcher Fertigungsprozess im Netzwerk am effektivsten eingesetzt werden kann (3) welche Lieferzeiten zu erwarten sind, (4) welche Produktionskosten entstehen, und im Hinblick auf die Entwicklung von Raumfahrzeugen, (5) ob das Missionsziel eingehalten werden kann.

 

Thema:

Entwicklung einer neuartigen multifunktionalen 6-achsigen Fertigungsmaschine für die Bearbeitung verschiedener Materialien und Einbindung innovativer additiver Fertigungsmethoden auf Basis von laser- und lichtbogenbasierten Verfahren

Förderkennzeichen:

ZF4075134FH8

Laufzeit:

01.04.2019 - 31.01.2022

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Gie-Tec GmbH
PS Lasertechnik GmbH

Im Rahmen des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Multiverfahren-Bearbeitungszentrums mit 6 Achsen und einem integrierten Technologiewechselsystem geplant, welches unterschiedliche Bearbeitungsverfahren wie 3D-Druck, Laser- und Plasmaschneiden, Bolzenschweißen sowie CNC-Fräsen und die Mantelbearbeitung in einer einzigen Anlage ermöglicht. Hierzu wird ein automatisches Tischwechselsystem zum Einsatzkommen, dass speziell auf jedes Bearbeitungsverfahren abgestimmt wird. Durch die hydraulisch angetriebene Spindel sollen verschiedene Ausgangsmaterialien inkl. Stahl auf Industrieniveau spanend und schleifend bearbeitet werden können. Des Weiteren wird durch die Anlage eine Reduzierung der Bearbeitungszeiten und eine Verminderung von Bearbeitungsfehlern ermöglicht. Das zu entwickelnde innovative Technologiewechselsystem erlaubt jederzeit eine Änderung des Bearbeitungsverfahrens. Komplexe Bauteile, deren Fertigung mehrere Prozessschritte und unterschiedliche Anlagen erfordert, können nun erstmalig aus einer Hand und an einem Standort und Arbeitsplatz gefertigt werden.

 

Thema:

Entwicklung eines neuartigen Schweißprozesses auf Basis eines induktiv tiefenwirksamen Vorwärmprozesses zur Reduktion von Bauteilverzug beim Schweißen hydraulischer Zylinder und einer Reduzierung des Gesamtwärmeeintrags

Förderkennzeichen:

ZF4075133LP8

Laufzeit:

01.01.2019 - 31.05.2021

Forschungsvereinigung:

Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Forschungsstellen

Technische Universität Ilmenau - Fachgebiet Fertigungstechnik
Gegner Hydraulik Systems GmbH

Das Verschweißen hydraulischer Zylinder ist aufgrund der Verchromung ein aufwändiges Verfahren, da die Chromschicht während der Erwärmung keinen Schaden nehmen darf. Große Temperatursprünge während des Schweißens müssen zusätzlich vermieden werden, da die erforderliche Duktilität der Zylinder durch Risse oder Materialversprödung abnehmen würde. Dur