Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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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.
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)
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.
The thermal conductivity of components manufactured using Laser Powder Bed Fusion (LPBF), also called Selective Laser Melting (SLM), plays an important role in their processing. Not only does a reduced thermal conductivity cause residual stresses during the process, but it also makes subsequent processes such as the welding of LPBF components more difficult. This article uses 316L stainless steel samples to investigate whether and to what extent the thermal conductivity of specimens can be influenced by different LPBF parameters. To this end, samples are set up using different parameters, orientations, and powder conditions and measured by a heat flow meter using stationary analysis. The heat flow meter set-up used in this study achieves good reproducibility and high measurement accuracy, so that comparative measurements between the various LPBF influencing factors to be tested are possible. In summary, the series of measurements show that the residual porosity of the components has the greatest influence on conductivity. The degradation of the powder due to increased recycling also appears to be detectable. The build-up direction shows no detectable effect in the measurement series.
Wind energy represents the dominant share of renewable energies. The rotor blades of a wind turbine are typically made from composite material, which withstands high forces during rotation. The huge dimensions of the rotor blades complicate the inspection processes in manufacturing. The automation of inspection processes has a great potential to increase the overall productivity and to create a consistent reliable database for each individual rotor blade. The focus of this paper is set on the process of rotor blade inspection automation by utilizing an autonomous mobile manipulator. The main innovations include a novel path planning strategy for zone-based navigation, which enables an intuitive right-hand or left-hand driving behavior in a shared human–robot workspace. In addition, we introduce a new method for surface orthogonal motion planning in connection with large-scale structures. An overall execution strategy controls the navigation and manipulation processes of the long-running inspection task. The implemented concepts are evaluated in simulation and applied in a real-use case including the tip of a rotor blade form.
Modellfabrik im Zeichen der Automatisierungstechnik / Gall, Jan ; Enning, Manfred ; Abel, Dirk
(2008)
Although Selective Laser Melting (SLM) process is an innovative manufacturing method, there are challenges such as inferior mechanical properties of fabricated objects. Regarding this, buckling deformation which is caused by thermal stress is one of the undesired mechanical properties which must be alleviated. As buckling deformation is more observable in hard to process materials, silver is selected to be studied theoretically and experimentally for this paper. Different scanning strategies are utilized and a Finite Element Method (FEM) is applied to calculate the temperature gradient in order to determine its effect on the buckling deformation of the objects from experiments.
Entwicklung eines Bemessungsmodells für punktförmige Verbindungen textibewehrter Betonbauteile
(2008)
In Folge mehrjähriger statistischer Untersuchungen an der FH Aachen ist unter anderem ein Eingangstest entstanden, der als Diagnosetool für einen erfolgreichen Studieneinstieg verwendet wird. Es hat sich herausgestellt, dass ein Testergebnis von weniger als 25 (von maximal 56 erreichbaren) Punkten die Chance auf einen erfolgreichen Studieneinstieg deutlich verringert. Ungefähr die Hälfte aller Erstsemester hat weniger als 25 Punkte im Eingangstest. Weniger als 20 % dieser Gruppe bestehen innerhalb eines Jahres die Klausur Mathematik 1. Die investierte Zeit von zwei Semestern ist mit Blick auf den Wissenszuwachs und damit letztendlich den Studienerfolg nicht effizient genutzt. Deshalb haben wir im WS 2013/14 einen semesterbegleitenden Anpassungskurs für diese Gruppe installiert. Ziel eines solchen Kurses ist es, die Student/innen innerhalb eines Jahres in die Lage zu versetzen, nach zwei Semestern problemlos den Vorlesungen in Mathematik zu folgen. Dieser Artikel beschreibt das Konzept dieses Anpassungskurses und zeigt erste Ergebnisse und Probleme des Pilotdurchgangs auf.
The maintenance of wind turbines is of growing importance considering the transition to renewable energy. This paper presents a multi-robot-approach for automated wind turbine maintenance including a novel climbing robot. Currently, wind turbine maintenance remains a manual task, which is monotonous, dangerous, and also physically demanding due to the large scale of wind turbines. Technical climbers are required to work at significant heights, even in bad weather conditions. Furthermore, a skilled labor force with sufficient knowledge in repairing fiber composite material is rare. Autonomous mobile systems enable the digitization of the maintenance process. They can be designed for weather-independent operations. This work contributes to the development and experimental validation of a maintenance system consisting of multiple robotic platforms for a variety of tasks, such as wind turbine tower and rotor blade service. In this work, multicopters with vision and LiDAR sensors for global inspection are used to guide slower climbing robots. Light-weight magnetic climbers with surface contact were used to analyze structure parts with non-destructive inspection methods and to locally repair smaller defects. Localization was enabled by adapting odometry for conical-shaped surfaces considering additional navigation sensors. Magnets were suitable for steel towers to clamp onto the surface. A friction-based climbing ring robot (SMART— Scanning, Monitoring, Analyzing, Repair and Transportation) completed the set-up for higher payload. The maintenance period could be extended by using weather-proofed maintenance robots. The multi-robot-system was running the Robot Operating System (ROS). Additionally, first steps towards machine learning would enable maintenance staff to use pattern classification for fault diagnosis in order to operate safely from the ground in the future.
For smaller railway operators or those with a diverse fleet, it can be difficult to collect sufficient data to improve maintenance programs. At the same time, new rules such as entity in charge of maintenance – ECM – regulations impose an additional workload by requiring a dedicated maintenance management system and specific reports. The RailCrowd platform sets out to facilitate compliance with ECM and similar regulations while at the same time pooling anonymised fleet data across operators to form virtual fleets, providing greater data insights.
Thermodynamic relations between component activities and gas solubilities in binary metallic systems
(1985)
Experimentelle Ergebnisse zum Lösungsverhalten von Sauerstoff in den Systemen Cu-O-Bi und Cu-O-Pb
(1986)
Rapid Prototyping and PIV
(2001)
Laserwelding with fillerwire
(2001)
Table of Contents Introduction 1. Generative Manufacturing Processes 2. Classification of Generative Manufacturing Processes 3. Application of Generative Processes on the Fabrication of Ceramic Parts 3.1 Extrusion 3.2 3D-Printing 3.3 Sintering – Laser Sintering 3.4 Layer-Laminate Processes 3.5 Stereolithography (sometimes written: Stereo Lithography) 4. Layer Milling 5. Conclusion - Vision
Generative Verfahren sind seit etwa 1987 in den USA und seit etwa 1990 in Europa und Deutschland in Form von Rapid Prototyping Verfahren bekannt und haben sich in dieser Zeit von eher als exotisch anzusehenden Modellbauverfahren zu effizienten Werkzeugen für die Beschleunigung der Produktentstehung gewandelt. Mit der Weiterentwicklung der Verfahren und insbesondere der Materialien wird mehr und mehr das Feld der direkten Anwendung der Rapid Technologie zur Fertigung erschlossen. Rapid Technologien werden daher zum Schlüssel für neue Konstruktionssystematiken und Fertigungsstrategien.
Die generative Herstellung von Kunststoffbauteilen hat im Gewand des Rapid Prototyping die Produktentwicklung nachhaltig positiv beeinflusst und ist im Begriff als Rapid Manufacturing die Fertigung zu revolutionieren. Je mehr sich die besonderen Eigenschaften generativ gefertigter Kunststoffbauteile herumsprechen, desto lauter wird der Ruf nach Metallbauteilen. Die Entwicklung entsprechender Prozesse läuft auf Hochtouren, kann aber bisher aber erst vereinzelt Erfolge vorweisen. Dabei wären es gerade die Metallbauteile, die ausgestattet mit den besonderen Merkmalen generativ gefertigter Werkstücke, in vielen Branchen einen deutlichen Entwicklungsschub auslösen könnten. Für den potenziellen Anwender ist dabei besonders verwirrend, dass die unterschiedlichsten Ansätze nebeneinander verfolgt werden. Im Folgenden soll daher der Versuche unternommen werden, dieses weite Feld systematisiert darzustellen und Möglichkeiten und Trends zu erläutern.
Als um 1987 ein Verfahren namens Stereolithographie und ein Stereolithography Apparatus (SLA) vorgestellt wurden, war der Traum von der Herstellung beliebiger dreidimensionaler Bauteile direkt aus Computerdaten und ohne bauteilspezifische Werkzeuge Realität geworden. Ein Anwendungs-Szenario wurde gleich mitgeliefert. Diese Technologie würde es möglich machen, die gesamte Ersatzteilversorgung der Amerikanischen Pazifikflotte mittels ein paar dieser Maschinen, umfangreicher Datenstätze und genügend Rohmaterial vor Ort auf einem Flugzeugträger direkt nach Bedarf zu fertigen. Diese Vorstellung definierte schon damals die direkte digitale Fertigung, das Rapid Manufacturing. In der Realität bestanden die mit diesem Verfahren hergestellten Bauteile nur aus Kunststoff, waren ungenau, bruchempfindlich und klebrig und allein in der Produktentwicklung, eben als Prototypen zu benutzen. Sie waren schnell verfügbar, weil zu Ihrer Herstellung keine Werkzeuge benötigt wurden. Folgerichtige und zudem modern hießen sie: Rapid Prototyping. Rapid Prototyping wurde schnell zum Synonym eines neuen Zweiges der Fertigungstechnik, der Generativen Fertigungstechnik. Die weitere Entwicklung brachte neue Verfahren, höhere Genauigkeiten, verbesserte Werkstoffe und neue Anwendungen. Die Herstellung von Negativen, also Werkzeugen, mit dem gleichen Verfahren wurde marketing-getrieben Rapid Tooling genannt und als die ersten Bauteile nicht mehr als Prototypen, sondern als Endprodukte eingesetzt wurden, nannte man dies Rapid Manufacturing - das Ziel war erreicht. War das Ziel wirklich erreicht? Ist es Rapid Manufacturing, wenn ein generativ gefertigtes Bauteil die gewünschte Spezifikation erreicht? Was muss passieren, damit aus dem Phänomen Rapid Prototyping eine Strategie wird, die geeignet ist, einen Paradigmenwechsel von der heutigen Hersteller-induzierten Massenproduktion von Massenartikeln zur Verbraucher-induzierten (und verantworteten) Massenproduktion von Einzelteilen für jedermann ermöglichen und möglicherweise unsere Arbeits- und Lebensformen tiefgreifend zu beeinflussen? Im Beitrag wird der Begriff der (Fertigungs-) Strategie „Rapid Manufacturing“ näher beleuchtet. Es wird diskutiert, welche Maßnahmen auf der technischen und der operative Ebene getroffen werden müssen, damit die generative Fertigungstechnik im Sinne dieser Strategie umgesetzt werden kann. Beispiele belegen, dass diese Entwicklung bereits begonnen hat und geben Anregungen für eine konstruktive Diskussion auf der RapidTech 2006.
Härten von Kurbelwellen
(1989)
Materialfrage führt häufig zu Trugschlüssen. Wunsch und Wirklichkeit im Rapid Prototyping - Teil 2
(2000)
Rapid Prototyping
(2004)
Die Berechnung der Durchströmung von Bauteilen ist gegenüber derjenigen von umströmten Bauteilen deutlich im Hintertreffen. Das liegt vor allem an der fehlenden Verfügbarkeit geeigneter optisch transparenter Modellkanäle für die experimentelle Analyse. Der Beitrag stellt ein Verfahren zur Herstellung transparenter durchströmter Geometrien auf der Basis generativ gefertigter Urmodelle vor. Damit können beliebig komplexe Innenströmungen optisch analysiert werden. Anhand von zwei Beispielen aus der Medizin, der Modellierung der oberen Atemwege und des Bronchialbaums, wird das Verfahren vorgeführt. Der generative Bauprozess mittels 3D-Printing wird beschrieben und die Abformung in transparentem Silikon gezeigt. Schließlich werden beispielhaft der Messaufbau und Ergebnisse der Anwendung vorgestellt. Das Verfahren bildet die Grundlage für die Analyse und Berechnung komplexer Innenströmungen und trägt somit zur Verbesserung zahlreicher technischer Anwendungen bei.
An increasing amount of popular articles focus on making models and sculptures by 3D Printing thus making more and more even private users aware of this technology. Unfortunately they mostly draw an incomplete picture of how our daily life will be influenced by this new technology. Often this is caused by a very technical point of view based on not very representative examples. This article focuses on the peoples needs as they have been structured by the so-called Maslow pyramid. Doing so, it underlines that 3D Printing (called Additive Manufacturing or Rapid Prototyping as well) already touches all aspects of life and is about to revolutionize most of them.