Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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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.
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.
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.
Tribological performance of biodegradable lubricants under different surface roughness of tools
(2019)
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.
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.
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 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.
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.