Fachbereich Maschinenbau und Mechatronik
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This paper presents the laser-based powder bed fusion (L-PBF) using various glass powders (borosilicate and quartz glass). Compared to metals, these require adapted process strategies. First, the glass powders were characterized with regard to their material properties and their processability in the powder bed. This was followed by investigations of the melting behavior of the glass powders with different laser wavelengths (10.6 µm, 1070 nm). In particular, the experimental setup of a CO2 laser was adapted for the processing of glass powder. An experimental setup with integrated coaxial temperature measurement/control and an inductively heatable build platform was created. This allowed the L-PBF process to be carried out at the transformation temperature of the glasses. Furthermore, the component’s material quality was analyzed on three-dimensional test specimen with regard to porosity, roughness, density and geometrical accuracy in order to evaluate the developed L-PBF parameters and to open up possible applications.
Die Oberflächen dentaler Implantate sind definiert durch eine raue Oberfläche, um die Integration in den menschlichen Knochen zu optimieren. Entzündungen des umgebenden Zahnfleisches zählen dabei zu den häufigsten Komplikationen nach einer Implantation. Diese Entzündungen entstehen hauptsächlich durch bakterielle Infektionen des Weichgewebes an der Implantations-Stelle. Die raue Oberfläche trägt jedoch zu einer solchen Infektion bei. Da der Implantat-Kopf zum Teil aus dem Knochen herausragt, erfolgt beispielsweise beim Zähneputzen eine Freilegung der Implantat-Oberfläche. Die durch die Rauheit vergrößerte Oberfläche bietet dabei ideale Voraussetzungen für eine Bakterienansiedlung. In der aktuellen Forschung steht die Entwicklung einer Oberfläche im Vordergrund, die eine antibakterielle Funktionalisierung erzeugt. Diese verhindert die Bakterienansiedlung und wirkt einer Entzündung entgegen. Um die Beschichtung vor Verschleiß zu schützen und ihre Lebensdauer der antibakteriellen Wirkung zu erhöhen, ist es möglich die Oberfläche mit einer
Mikrostruktur zu versehen.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Identifikation geeigneter Mikrostrukturierungen, die der antibakteriellen Beschichtung einen optimalen Schutz vor Verschleiß bieten. Am Beispiel von Titan-Zahnimplantaten wird der Schutz der aufgetragenen Biohybridbeschichtung gegen abrasiven Verschleiß untersucht. Im Vorfeld wird eine Analyse der fertigungstechnischen Möglichkeiten mit Blick auf dentale Implantate und Mikrostrukturen durchgeführt, um das ein passendes Verfahren zu identifizieren. Die Analogiebauteile als Probenkörper werden, mithilfe des zuvor ausgewählten Verfahrens, mit verschiedenen Mikrostrukturen versehen. Im Rahmen einer Versuchsdurchführung, die die mechanische Belastung bei einem Zahnputzdurchgang imitiert, werden die verschiedenen Mikrostrukturen auf ihre Eignung für diese Anwendung überprüft. Ein Vorversuch dient zur Identifizierung eines geeigneten Ankerpeptids, welches den bindenden Bestandteil der Biohybridbeschichtung darstellt. Aus
drei zuvor ausgewählten Ankerpeptiden wird das mit der besten Adhäsionsfähigkeit herausgestellt. Im finalen Versuchsdurchlauf wird das Ankerpeptid auf die Oberflächen, die mit den Mikrostrukturen versehen sind, aufgetragen. Dabei ist das Ziel eine Mikrostruktur
herauszustellen, die den höchstmöglichen Schutz bietet.
Durch eine Fluoreszenzprüfung mithilfe eines Flourescence Plate Readers wird jede Kombination nach den Belastungsversuchen auf den Restanteil der Beschichtung überprüft.
Das Ergebnis stellt eine Mikrostruktur dar, die den bestmöglichen Schutz bietet. Dies ist erkennbar durch den höchsten Anteil an Restbeschichtung. Eine Strukturierung mit sogenannten Micro-Grooves in Kombination mit dem MacHis-Ankerpeptid erzielte in der Analyse der Belastungssimulationen die besten Ergebnisse bezüglich des Schutzes der Beschichtung. Durch die Versuche bestätigte sich eine weitere
Annahme. Die Strukturierung der Oberfläche erzielt einen deutlich höheren Schutz im Vergleich zu einer unstrukturierten Oberfläche. Zudem hat sich herausgestellt, dass eine Beschichtung mit dem sogenannten PEO-Verfahren eine deutlich größere Adhäsion der
Biohybridbeschichtung erzielt. Dies wird jedoch Thema weiterführender Forschungen sein und kein Bestandteil der vorliegenden Arbeit.
Theoretische und experimentelle Untersuchung des spaltungsinduzierten Versagens von TRC Prüfkörpern
(2011)
Konvergenz von drahtlosen und drahtgebundenen Kommunikationstechnologien in der Gebäudeautomation
(2009)
Virtual Reality und Simulation als integrierte Werkzeuge für die Entwicklung mechatronischer Systeme
(2001)
Anwendungsmoeglichkeiten von Schweissrobotern und automatisierten Schweisssystemen im Schiffbau
(1982)
Qualitaetssicherung in der automatisierten schweisstechnischen Fertigung durch Einsatz von Sensoren
(1983)
Qualitaetssicherung in der automatisierten schweisstechnischen Fertigung durch Einsatz von Sensoren
(1983)
Integrierte Oberflächendigitalisierung für die flexible Automatisierung bei kleinen Losgrößen
(2004)
Generation Y
(2014)
Genussrechte als Instrument der Unternehmensfinanzierung von kommunalen Wohnungs- baugesellschaften
(2016)
Die kommunalen Wohnungsbaugesellschaften und ihr Geschäftszweck bzw. Versorgungsauftrag erfahren aus gesamtgesellschaftlichen Gründen aktuell einen erheblichen Bedeutungszuwachs. Der kommunale Wohnungsbau soll und muss intensiviert werden, da z.B. zunehmend Wohnungsbindungen auslaufen. Bezahlbare Neubauten fehlen speziell Familien, Senioren, Studenten und Flüchtlingen. Um das Investitionsvolumen zu bewältigen, bedarf es nicht nur der Förderkredite, sondern auch der Zuführung „frischen Kapitals“. Der Beitrag stellt dar, dass Genussrechte ein interessantes und oft unbekanntes Finanzierungsinstrument für kommunale Wohnungsbaugesellschaften mit passgenauen Ausgestaltungsmöglichkeiten sind. Mit Hilfe von Genussrechten können die notwendigen Neubau-Investitionen solide mit Quasi-Eigenkapital unterlegt werden und den sozialen Wohnungsbau wiederbeleben. Genussrechte als Hybridkapital lassen sich mangels gesetzlicher Eingrenzung exakt und individuell ebenso an die Bedürfnisse der kommunalen Wohnungsbaugesellschaft anpassen wie an die der Gesellschafter und des jeweiligen Neubauvorhabens.
"The invention relates to a pot spinning device (1) comprising a thread guide (9) which can be moved backwards and forwards and introduced into an opening (8) on the end side of the pot (7) so as to deposit a thread on the inside wall of a spinning pot. In order to improve upon pot spinning devices of this kind, the spinning pot is connected to an electric drive mechanism (10), mounted in magnetic bearings and provided with a gastight housing. Said housing encompasses the spinning pot (7), is open in the area where there is an opening in the end side of the pot and is provided with a seal (19) to seal off the intermediate area (17) between the housing and spinning pot. The housing is also connected to a supply of light-gas via a feed line (18), thereby enabling a light-gas atmosphere to be maintained in the intermediate area."
Adapting augmented reality systems to the users’ needs using gamification and error solving methods
(2021)
Animations of virtual items in AR support systems are typically predefined and lack interactions with dynamic physical environments. AR applications rarely consider users’ preferences and do not provide customized spontaneous support under unknown situations. This research focuses on developing adaptive, error-tolerant AR systems based on directed acyclic graphs and error resolving strategies. Using this approach, users will have more freedom of choice during AR supported work, which leads to more efficient workflows. Error correction methods based on CAD models and predefined process data create individual support possibilities. The framework is implemented in the Industry 4.0 model factory at FH Aachen.
While bringing new opportunities, the Industry 4.0 movement also imposes new challenges to the manufacturing industry and all its stakeholders. In this competitive environment, a skilled and engaged workforce is a key to success. Gamification can generate valuable feedbacks for improving employees’ engagement and performance. Currently, Gamification in workspaces focuses on computer-based assignments and training, while tasks that require manual labor are rarely considered. This research provides an overview of Enterprise Gamification approaches and evaluates the challenges. Based on that, a skill-based Gamification framework for manual tasks is proposed, and a case study in the Industry 4.0 model factory is shown.
Virtual Reality (VR) offers novel possibilities for remote training regardless of the availability of the actual equipment, the presence of specialists, and the training locations. Research shows that training environments that adapt to users' preferences and performance can promote more effective learning. However, the observed results can hardly be traced back to specific adaptive measures but the whole new training approach. This study analyzes the effects of a combined point and leveling VR-based gamification system on assembly training targeting specific training outcomes and users' motivations. The Gamified-VR-Group with 26 subjects received the gamified training, and the Non-Gamified-VR-Group with 27 subjects received the alternative without gamified elements. Both groups conducted their VR training at least three times before assembling the actual structure. The study found that a level system that gradually increases the difficulty and error probability in VR can significantly lower real-world error rates, self-corrections, and support usages. According to our study, a high error occurrence at the highest training level reduced the Gamified-VR-Group's feeling of competence compared to the Non-Gamified-VR-Group, but at the same time also led to lower error probabilities in real-life. It is concluded that a level system with a variable task difficulty should be combined with carefully balanced positive and negative feedback messages. This way, better learning results, and an improved self-evaluation can be achieved while not causing significant impacts on the participants' feeling of competence.
Industry 4.0 imposes many challenges for manufacturing companies and their employees. Innovative and effective training strategies are required to cope with fast-changing production environments and new manufacturing technologies. Virtual Reality (VR) offers new ways of on-the-job, on-demand, and off-premise training. A novel concept and evaluation system combining Gamification and VR practice for flexible assembly tasks is proposed in this paper and compared to existing works. It is based on directed acyclic graphs and a leveling system. The concept enables a learning speed which is adjustable to the users’ pace and dynamics, while the evaluation system facilitates adaptive work sequences and allows employee-specific task fulfillment. The concept was implemented and analyzed in the Industry 4.0 model factory at FH Aachen for mechanical assembly jobs.
Gamification applications are on the rise in the manufacturing sector to customize working scenarios, offer user-specific feedback, and provide personalized learning offerings. Commonly, different sensors are integrated into work environments to track workers’ actions. Game elements are selected according to the work task and users’ preferences. However, implementing gamified workplaces remains challenging as different data sources must be established, evaluated, and connected. Developers often require information from several areas of the companies to offer meaningful gamification strategies for their employees. Moreover, work environments and the associated support systems are usually not flexible enough to adapt to personal needs. Digital twins are one primary possibility to create a uniform data approach that can provide semantic information to gamification applications. Frequently, several digital twins have to interact with each other to provide information about the workplace, the manufacturing process, and the knowledge of the employees. This research aims to create an overview of existing digital twin approaches for digital support systems and presents a concept to use digital twins for gamified support and training systems. The concept is based upon the Reference Architecture Industry 4.0 (RAMI 4.0) and includes information about the whole life cycle of the assets. It is applied to an existing gamified training system and evaluated in the Industry 4.0 model factory by an example of a handle mounting.
Assistance systems have been widely adopted in the manufacturing sector to facilitate various processes and tasks in production environments. However, existing systems are mostly equipped with rigid functional logic and do not provide individual user experiences or adapt to their capabilities. This work integrates human factors in assistance systems by adjusting the hardware and instruction presented to the workers’ cognitive and physical demands. A modular system architecture is designed accordingly, which allows a flexible component exchange according to the user and the work task. Gamification, the use of game elements in non-gaming contexts, has been further adopted in this work to provide level-based instructions and personalised feedback. The developed framework is validated by applying it to a manual workstation for industrial assembly routines.
Industrie 4.0 stellt viele Herausforderungen an produzierende Unternehmen und ihre Beschäf-tigten. Innovative und effektive Trainingsstrategien sind erforderlich, um mit den sich schnell verändernden Produktionsumgebungen und neuen Fertigungstechnologien Schritt halten zu können. Virtual Reality (VR) bietet neue Möglichkeiten für On-the-Job, On-Demand- und Off-Premise-Schulungen. Diese Arbeit stellt ein neues VR Schulungssystem vor, welches sich flexible an unterschiedliche Trainingsobjekte auf Grundlage von Rezepten und CAD Modellen anpassen lässt. Das Konzept basiert auf gerichteten azyklischen Graphen und einem Level-system. Es ermöglicht eine benutzerindividuelle Lerngeschwindigkeit mittels visueller Ele-mente. Das Konzept wurde für einen mechanischen Anwendungsfall mit Industriekomponen-ten implementiert und in der Industrie 4.0-Modellfabrik der FH Aachen umgesetzt.
Trotz fortschreitender Automatisierung bleiben manuelle Tätigkeiten ein wichtiger Baustein der Fertigung kundenindividueller Produkte. Um die Mitarbeiter(innen) zu unterstützen und um eine effiziente Arbeit zu ermöglichen, werden zunehmend auf Augmented Reality (AR) basierende Systeme eingesetzt. Die vorgestellte Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung ganzheitlicher AR-Arbeitsplätze für den Einsatz in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Das entwickelte AR- Handarbeitskonzept beinhaltet eine Just-in-time-Darstellung der Arbeitsaufgaben auf Werkstücken mit automatisierter Fertigungskontrolle. Als
Reaktion auf kurze Produktlebenszyklen und hohe Produktvielfalten sind alle Komponenten auf maximale Flexibilität ausgelegt. Ein Umrüsten auf neue Produkte kann innerhalb von Minuten erfolgen.
Digital twins are seen as one of the key technologies of Industry 4.0. Although many research groups focus on digital twins and create meaningful outputs, the technology has not yet reached a broad application in the industry. The main reasons for this imbalance are the complexity of the topic, the lack of specialists, and the unawareness of the twin opportunities. The project "Digital Twin Academy" aims to overcome these barriers by focusing on three actions: Building a digital twin community for discussion and exchange, offering multi-stage training for various knowledge levels, and implementing realworld use cases for deeper insights and guidance. In this work, we focus on creating a flexible learning platform that allows the user to select a training path adjusted to personal knowledge and needs. Therefore, a mix of basic and advanced modules is created and expanded by individual feedback options. The usage of personas supports the selection of the appropriate modules.
Die fortschreitende Digitalisierung und Globalisierung fordert von den Unternehmen eine erhöhte Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Um dies zu erreichen, sind qualifizierte und engagierte Mitarbeiter/-innen unabdingbar. Gamification bietet die Möglichkeit, Beschäftigte individuell in ihren Tätigkeiten zu unterstützen und mittels Feedbackmechanismen zu motivieren. In dieser Arbeit wird ein Gamification Konzept bestehend aus einem intelligenten Arbeitsplatz, einer Wissensdatenbank und einer Gamification Plattform vorgestellt, welches an bestehende Produktionsumgebungen adaptiert werden kann. Das Konzept wird am Beispiel der Longboardproduktion in der Industrie 4.0 Modellfabrik der FH Aachen implementiert und evaluiert.