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In times of short product life cycles, additive manufacturing and rapid tooling are important methods to make tool development and manufacturing more efficient. High-performance polymers are the key to mold production for prototypes and small series. However, the high temperatures during vulcanization injection molding cause thermal aging and can impair service life. The extent to which the thermal stress over the entire process chain stresses the material and whether it leads to irreversible material aging is evaluated. To this end, a mold made of PEEK is fabricated using fused filament fabrication and examined for its potential application. The mold is heated to 200 ◦C, filled with rubber, and cured. A differential scanning calorimetry analysis of each process step illustrates the crystallization behavior and first indicates the material resistance. It shows distinct cold crystallization regions at a build chamber temperature of 90 ◦C. At an ambient temperature above Tg, crystallization of 30% is achieved, and cold crystallization no longer occurs. Additional tensile tests show a decrease in tensile strength after ten days of thermal aging. The steady decrease in recrystallization temperature indicates degradation of the additives. However, the tensile tests reveal steady embrittlement of the material due to increasing crosslinking.
Traditional vulcanization mold manufacturing is complex, costly, and under pressure due to shorter product lifecycles and diverse variations. Additive manufacturing using Fused Filament Fabrication and high-performance polymers like PEEK offer a promising future in this industry. This study assesses the compressive strength of various infill structures (honeycomb, grid, triangle, cubic, and gyroid) when considering two distinct build directions (Z, XY) to enhance PEEK’s economic and resource efficiency in rapid tooling. A comparison with PETG samples shows the behavior of the infill strategies. Additionally, a proof of concept illustrates the application of a PEEK mold in vulcanization. A peak compressive strength of 135.6 MPa was attained in specimens that were 100% solid and subjected to thermal post-treatment. This corresponds to a 20% strength improvement in the Z direction. In terms of time and mechanical properties, the anisotropic grid and isotropic cubic infill have emerged for use in rapid tooling. Furthermore, the study highlights that reducing the layer thickness from 0.15 mm to 0.1 mm can result in a 15% strength increase. The study unveils the successful utilization of a room-temperature FFF-printed PEEK mold in vulcanization injection molding. The parameters and infill strategies identified in this research enable the resource-efficient FFF printing of PEEK without compromising its strength properties. Using PEEK in rapid tooling allows a cost reduction of up to 70% in tool production.
Thermohydrodynamic analysis of thrust-bearing with circular pads running on bubbly oil (BTHD-theory)
(1985)
This paper aims to evaluate the formability of tailor welded blanks of dual phase (DP600)/transformation induced plasticity (TRIP700) steel sheets. In this work, bead on plate butt joints of 2·5 mm DP600 and 1·2 mm TRIP700 steel sheets were performed using CO2 laser beam welding. Microhardness measurements and transverse tensile testing were carried out to characterise the welds. The formability of base metals and welds were investigated by standard Erichsen test. In a perpendicular tensile test to the weld line, all specimens were fractured at the TRIP base metal, and the strengths were somewhat higher than those of base metal. There was a significant reduction in formability caused by welding of the DP600/TRIP700 steel sheets, and the formability increased with increasing welding speed.
Feinbleche schweißen : die Temperaturverteilung in dünnen Stahlblechplatten beim Lichtbogenschweißen
(1971)
Untersuchungen zum thermodynamischen Verhalten des Sauerstoffs in Kupfer-Wismut-Schmelzen bei 1200°C
(1982)
CAD/CAM - Compass Maschinenbau. Ein Leitfaden für die optimale Systemauswahl CAD/CNC/CAM/CAE/PPS
(1993)
Nutzwertanalyse von CAD - Systemen der unteren und mittleren Preisklasse für dem Maschinenbau
(1985)
Die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen, die heutzutage an moderne Maschinen, Geräte und Apparate gestellt werden, steigen ständig. Immer häufiger sehen sich die Konstrukteure gezwungen, geforderte Funktionen mit Hilfe zugekaufter Normeinzelteile, Bauelemente und Funktionsgruppen zu erfüllen. Bei dieser Entwicklung vergrößert sich die Zahl der von den Spezialherstellern angebotenen Zukaufteile überproportional, in gleichem Maße geht dem Anwender die Übersicht über das Zukaufteilespektrum verloren. Zunächst wird in diesem Bericht diese Entwicklung anhand einer im allgemeinen Maschinenbau durchgeführten Befragung aufgezeigt. Anschließend soll darauf aufbauend ein Ordnungssystem vorgestellt werden, welches jedem Unternehmen wieder eine Übersicht über das am Markt angebotene Zukaufteilespektrum ermöglicht.
In den letzten Jahren hat der Einsatz von graphischen Datenverarbeitungsanlagen auf dem technischen, naturwissenschaftlichen und kommerziellen Sektor immer mehr an allgemeinem Interesse und Bedeutung gewonnen. Diese Entwicklung hat neue Aspekte und Probleme in bezug auf Anwendungsmöglichkeiten, Programmierung, Datenstrukturen sowie der Hard- und Software dieser Anlagen hervorgerufen. Zur Zeit werden von verschiedenen Institutionen die Einsatzmöglichkeiten graphischer Datenverarbeitungsanlagen in den Funktionsbereichen Konstruktion und Arbeitsvorbereitung untersucht. Der folgende Beitrag zeigt eine kurze Übersicht über die verschiedenen programmiertechnischen Probleme sowie eine Auswahl von Programmbeispielen, die am Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen entwickelt wurden. Bei den Bildschirmsystemen wird zwischen zwei Arten unterschieden. Aktive Bildschirmeinheiten besitzen als äußeres Merkmal einen Lichtstift und eine Funktionstastatur zur Programmverzweigung. Passive Bildschirmeinheiten lassen demgegenüber einen Eingriff in das Programm in der oben aufgeführten Form nicht zu. Zwischen diesen extremen Formen gibt es noch eine Reihe Mischformen. Die in Aachen zur Verfügung stehende Anlage arbeitet aktiv und wird im nachfolgenden Kapitel näher beschrieben.
Der Konstruktionsbereich ist zu einem neuen Schwerpunkt der allgemeinen Rationalisierungsbemühungen geworden. Zunehmend führt man organisatorische Hilfsmittel, technische Hilfsmittel (EDVA) und neue Konstruktionsmethoden in der Konstruktion ein. Der vorliegende Beitrag analysiert zunächst die Ursachen dieser Entwicklung und zeigt im weiteren einige heute bereits eingesetzte Hilfsmittel an Hand von Beispielen auf und diskutiert die Anwendungsmöglichkeiten.
Der Konstruktionsbereich ist zu einem neuen Schwerpunkt der allgemeinen Rationalisierungsbemühungen geworden. Zunehmend führt man organisatorische Hilfsmittel, technische Hilfsmittel (EDVA) und neue Konstruktionsmethoden in der Konstruktion ein. Der vorliegende Beitrag analysiert zunächst die Ursachen dieser Entwicklung und zeigt im weiteren einige heute bereits eingesetzte Hilfsmittel an Hand von Beispielen auf und diskutiert die Anwendungsmöglichkeiten.
In Deutschland liegt der Anteil der Windkraft an der Gesamtstromerzeugung bei 13,3% mit mehr als 25.000 installierten Windenergieanlagen (WEA). Weltweit erfährt die Windbranche ein rasantes Wachstum. Indien und China berichten eine jährliche Wachstumsrate an Neuinstallationen von 45%. Die Technologie zur Erzeugung elektrischer Energie aus Windkraft ist noch vergleichsweise jung. Durch die weltweit steigende Anzahl an Windenergieanlagen wächst zunehmend der Bedarf an innovativen Wartungslösungen. Komponenten wie Generator oder Getriebe sind inzwischen weitestgehend ausgereift. Der Fokus richtet sich zunehmend auf die wesentliche Kernkomponente - die Rotorblätter.
Industriekletterer inspizieren die Rotorblätter oder Türme i.d.R.
in einem zwei Jahres Rhythmus. Sie werden zunehmend durch Seilarbeitsbühnen unterstützt. Für größere Reparaturen kommen Kräne zum Einsatz, mit denen das Rotorblatt für die Instandhaltung demontiert wird. Die Standardinspektion besteht aus Sicht- und Klopfprüfung der Rotorblattoberfläche und ist nur bei sehr ruhiger Wetterlage durchführbar. Seit September 2014 wird das Forschungsprojekt SMART (Scanning, Monitoring, Analysis, Repair and Transportation), Entwicklung einer Wartungsplattform für WEA, vom BMWi gefördert. Das Konsortium besteht aus zwei Firmen und der
Fachhochschule Aachen. Die SMART-Anlage klettert reibschlüssig am Turm der WEA mittels speziellen Kettenfahrwerken (Abbildung) auf- und abwärts. Ein ringförmiges Spannsystems, basierend auf dem Konzept der „Nürnberger“-Schere, erzeugt die erforderliche Anpresskraft für den Kletterprozess. Wettergeschützte Arbeitskabinen ermöglichen die ganzjährige Instandhaltung von Rotorblättern und ebenso Türmen. Dadurch können Wartungsarbeiten auf 24 Stunden am Tag ausgeweitet werden. Der kombinierte Einsatz (Sensorfusion) bildgebender Messtechnik wie Thermografie, Ultraschall, und Terahertz in der Arbeitskabine kann die Dokumentation, Effizienz und Qualität der Instandhaltungsarbeiten erheblich verbessern. Langfristiges Ziel von SMART ist ein Condition Monitoring für Rotorblätter und Türme auf Basis digitalisierter dreidimensionaler Volumenscans. Der kooperative Einsatz mit UAVs erweitert die Instandhaltungsstrategie. UAVs ermöglichen die schnelle, kostengünstige globale optische Inspektion von Rotorblattoberflächen zur Detektion potentieller Fehlstellen. Der „Proof-of-Concept“ Meilenstein wurde mit der Demonstration eines funktionsfähigen Modells im Dezember 2015 erfolgreich abgeschlossen.
Das Diskussionspapier beschreibt einen Prozess an der FH Aachen zur Entwicklung und Implementierung eines Self-Assessment-Tools für Studiengänge. Dieser Prozess zielte darauf ab, die Relevanz der Themen Digitalisierung, Internationalisierung und Nachhaltigkeit in Studiengängen zu stärken. Durch Workshops und kollaborative Entwicklung mit Studiendekan:innen entstand ein Fragebogen, der zur Reflexion und strategischen Weiterentwicklung der Studiengänge dient.
We prove characterizations of the existence of perfect ƒ-matchings in uniform mengerian and perfect hypergraphs. Moreover, we investigate the ƒ-factor problem in balanced hypergraphs. For uniform balanced hypergraphs we prove two existence theorems with purely combinatorial arguments, whereas for non-uniform balanced hypergraphs we show that the ƒ-factor problem is NP-hard.
Ziel war die technische Überarbeitung und Optimierung des vorliegenden Prototypen, um eine Basis für ein E-Learning System (Internet unterstütztes Lernen) zu schaffen. Zu diesem Zweck wurde das Programm der Robotersteuerung neu erstellt, notwendige mechanische Änderungen an Roboterequipment und Materialförderung vorgenommen sowie eine neue Internet-Anbindung geschaffen. Wesentliche Ergebnisse der Arbeit sind: • Erzeugen roboterbasierter kreisinterpolierter Bahnschweißnähte • Kommunikation des Lernsystems via Internet • Lernorientierte Steuerungssoftware
The increasing digitalization brings new opportunities but also puts new challenges to modern industrial systems. Software agents are one of the key technologies towards self-optimizing factories and are currently used to address the needs of cyber-physical production systems (CPPS). However their interplay in industrial settings needs to be understood better.This paper focusses on securing a cloud infrastructure for multi-agent systems for industrial sites. An industrial site contains multiple production processes that need to communicate with each other and each physical resource is abstracted with a software agent. This volatile architecture needs to be managed and protected from manipulation. The proposed infrastructure presents a security concept for TCP/IP communication between agents, machines, and external networks. It is based on open-source software and tested on a three-node edge cloud controlling a model-plant.
The fourth industrial revolution introduces disruptive technologies to production environments. One of these technologies are multi-agent systems (MASs), where agents virtualize machines. However, the agent's actual performances in production environments can hardly be estimated as most research has been focusing on isolated projects and specific scenarios. We address this gap by implementing a highly connected and configurable reference model with quantifiable key performance indicators (KPIs) for production scheduling and routing in single-piece workflows. Furthermore, we propose an algorithm to optimize the search of extrema in highly connected distributed systems. The benefits, limits, and drawbacks of MASs and their performances are evaluated extensively by event-based simulations against the introduced model, which acts as a benchmark. Even though the performance of the proposed MAS is, on average, slightly lower than the reference system, the increased flexibility allows it to find new solutions and deliver improved factory-planning outcomes. Our MAS shows an emerging behavior by using flexible production techniques to correct errors and compensate for bottlenecks. This increased flexibility offers substantial improvement potential. The general model in this paper allows the transfer of the results to estimate real systems or other models.
Tribological performance of biodegradable lubricants under different surface roughness of tools
(2019)
Sensor positioning and thermal model for condition monitoring of pressure gas reservoirs in vehicles
(2018)
The development of protype applications with sensors and actuators in the automation industry requires tools that are independent of manufacturer, and are flexible enough to be modified or extended for any specific requirements. Currently, developing prototypes with industrial sensors and actuators is not straightforward. First of all, the exchange of information depends on the industrial protocol that these devices have. Second, a specific configuration and installation is done based on the hardware that is used, such as automation controllers or industrial gateways. This means that the development for a specific industrial protocol, highly depends on the hardware and the software that vendors provide. In this work we propose a rapid-prototyping framework based on Arduino to solve this problem. For this project we have focused to work with the IO-Link protocol. The framework consists of an Arduino shield that acts as the physical layer, and a software that implements the IO-Link Master protocol. The main advantage of such framework is that an application with industrial devices can be rapid-prototyped with ease as its vendor independent, open-source and can be ported easily to other Arduino compatible boards. In comparison, a typical approach requires proprietary hardware, is not easy to port to another system and is closed-source.
The implementation of IO-Link in the automation industry has increased over the years. Its main advantage is it offers a digital point-to-point plugand-play interface for any type of device or application. This simplifies the communication between devices and increases productivity with its different features like self-parametrization and maintenance. However, its complete potential is not always used.
The aim of this paper is to create an Arduino based framework for the development of generic IO-Link devices and increase its implementation for rapid prototyping. By generating the IO device description file (IODD) from a graphical user interface, and further customizable options for the device application, the end-user can intuitively develop generic IO-Link devices. The peculiarity of this framework relies on its simplicity and abstraction which allows to implement any sensor functionality and virtually connect any type of device to an IO-Link master. This work consists of the general overview of the framework, the technical background of its development and a proof of concept which demonstrates the workflow for its implementation.
The recent amendment to the Ethernet physical layer known as the IEEE 802.3cg specification, allows to connect devices up to a distance of one kilometer and delivers a maximum of 60 watts of power over a twisted pair of wires. This new standard, also known as 10BASE-TIL, promises to overcome the limits of current physical layers used for field devices and bring them a step closer to Ethernet-based applications. The main advantage of 10BASE- TIL is that it can deliver power and data over the same line over a long distance, where traditional solutions (e.g., CAN, IO-Link, HART) fall short and cannot match its 10 Mbps bandwidth. Due to its recentness, IOBASE- TIL is still not integrated into field devices and it has been less than two years since silicon manufacturers released the first Ethernet-PHY chips. In this paper, we present a design proposal on how field devices could be integrated into a IOBASE-TIL smart switch that allows plug-and-play connectivity for sensors and actuators and is compliant with the Industry 4.0 vision. Instead of presenting a new field-level protocol for this work, we have decided to adopt the IO-Link specification which already includes a plug-and-play approach with features such as diagnosis and device configuration. The main objective of this work is to explore how field devices could be integrated into 10BASE-TIL Ethernet, its adaption with a well-known protocol, and its integration with Industry 4.0 technologies.
Die Fallstudie FAYMONVILLE beschäftigt sich damit, wie es dem Familienunternehmen Faymonville aus Ostbelgien gelungen ist, sich zu einem der führenden Hersteller in seiner Branche zu entwickeln. Die gezielte Identifizierung neuer Märkte, die Fokussierung auf die relevanten Kundenbedürfnisse und eine konsistente Produktpolitik mit einem abgestimmten Fertigungskonzept legen die Grundsteine für den Erfolg. Das vorliegende Fallbeispiel zeigt anschaulich, wie es gelingen kann, den prinzipiellen Widerspruch zwischen wirtschaftlicher und kundenindividueller Fertigung erfolgreich aufzulösen.
Improving the Mechanical Strength of Dental Applications and Lattice Structures SLM Processed
(2020)
To manufacture custom medical parts or scaffolds with reduced defects and high mechanical characteristics, new research on optimizing the selective laser melting (SLM) parameters are needed. In this work, a biocompatible powder, 316L stainless steel, is characterized to understand the particle size, distribution, shape and flowability. Examination revealed that the 316L particles are smooth, nearly spherical, their mean diameter is 39.09 μm and just 10% of them hold a diameter less than 21.18 μm. SLM parameters under consideration include laser power up to 200 W, 250–1500 mm/s scanning speed, 80 μm hatch spacing, 35 μm layer thickness and a preheated platform. The effect of these on processability is evaluated. More than 100 samples are SLM-manufactured with different process parameters. The tensile results show that is possible to raise the ultimate tensile strength up to 840 MPa, adapting the SLM parameters for a stable processability, avoiding the technological defects caused by residual stress. Correlating with other recent studies on SLM technology, the tensile strength is 20% improved. To validate the SLM parameters and conditions established, complex bioengineering applications such as dental bridges and macro-porous grafts are SLM-processed, demonstrating the potential to manufacture medical products with increased mechanical resistance made of 316L.
Additive Manufacturing (AM) of metallic workpieces faces a continuously rising technological relevance and market size. Producing complex or highly strained unique workpieces is a significant field of application, making AM highly relevant for tool components. Its successful economic application requires systematic workpiece based decisions and optimizations. Considering geometric and technological requirements as well as the necessary post-processing makes deciding effortful and requires in-depth knowledge. As design is usually adjusted to established manufacturing, associated technological and strategic potentials are often neglected. To embed AM in a future proof industrial environment, software-based self-learning tools are necessary. Integrated into production planning, they enable companies to unlock the potentials of AM efficiently. This paper presents an appropriate methodology for the analysis of process-specific AM-eligibility and optimization potential, added up by concrete optimization proposals. For an integrated workpiece characterization, proven methods are enlarged by tooling-specific figures.
The first stage of the approach specifies the model’s initialization. A learning set of tooling components is described using the developed key figure system. Based on this, a set of applicable rules for workpiece-specific result determination is generated through clustering and expert evaluation. Within the following application stage, strategic orientation is quantified and workpieces of interest are described using the developed key figures. Subsequently, the retrieved information is used for automatically generating specific recommendations relying on the generated ruleset of stage one. Finally, actual experiences regarding the recommendations are gathered within stage three. Statistic learning transfers those to the generated ruleset leading to a continuously deepening knowledge base. This process enables a steady improvement in output quality.
Mikrokleben
(2005)