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TU Berlin

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Digitalisierung & Simulation

Die Digitalisierung meint im AM Kontext das Aufnehmen der dreidimensionalen Form eines realen Objekts zum Beispiel mittels eines 3D-Scanners. Je nach Anwendung gibt es diverse Funktionsprinzipen von 3D Scannern. Simulationen die im Bereich des Additive Manufacturing Anwendung finden, sind zum Beispiel die Topologieoptimierung mittels Finite-Elemente-Methode (FEM), die es ermöglicht eine optimierte Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung zu ermitteln. Zum anderen kann es aufgrund der Komplexität moderner additiver Verfahren sinnvoll sein, AM Prozesssimulationen durchzuführen, etwa um das thermische Verhalten während des AM Prozesses zu erforschen.

Überschrift ihrer Kompetenz

  • Name des Fachgebiets
  • Name des Ansprechpartners
  • E-Mail des Ansprechpartners (optional)

Beschreibung ihrer Kompetenz: maximal 150 Wörter

 

Bild: maximal 1 Bild in .jpeg Format

 

 

Prozessüberwachung beim Laserstrahlschmelzen

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Georg Gerlitzky
  • E-Mail: georg.gerlitzky(at)iwf.tu-berlin.de

Das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen zeichnet sich durch komplexe Vorgänge im Entstehungsprozess des Bauteils aus. Dies reicht von Pulver- und Beschichtungseigenschaften, über optische Eigenschaften des Laserstrahls, Reflexionsgrad und Wärmeinwirkung im Pulverbett, bis zur Schmelzeerstarrung des Metalls. Diese vielfältigen Vorgänge bieten viel Fehlerpotenzial und müssen über zahlreiche Sensoren und Aktoren gemessen und adaptiv geregelt werden. Der Einfluss der unterschiedlichen Fehler auf die spätere Bauteilgüte stellt dann die Basis zur Ermittlung von Prozessinstabilitäten. Durch automatische Auswertung und Dokumentation von einzelnen Schichten und Fehlern an Bauteilen kann am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) so eine vollautomatische Qualitätsdokumentation realisiert werden. In einer ersten Untersuchung wird so durch adaptive Regelung der Beschichtung die Eliminierung der Schichtfehler durchgeführt.

Cloud-Kontrolle und App-Entwicklung für die Additive Fertigung

Lupe
  • Fachgebiet für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
  • Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Georg Gerlitzky
  • E-Mail: georg.gerlitzky(at)iwf.tu-berlin.de

Die werkzeuglose Fertigung mit volldigitalisierten neuen Maschinensystemen in der Additiven Fertigung von metallischen Bauteilen und deren sehr lange Bauzyklen sind prädestiniert für die Überwachung und Dokumentation über cloudbasierte Dienste. Am Produktionstechnischen Zentrum (PTZ) wurden dazu Untersuchungen durchgeführt, um die maschinellen Stellgrößen zu verarbeiten und im Gesamtkonzept von Industrie 4.0 ortsunabhängig den Ingenieuren die Möglichkeit der Prozesssteuerung zu ermöglichen. Ausgehend von der Datenerfassung und Prozessmodellierung, über den Datentransfer und -archivierung in der Cloud, wird so über den mobilen Datenabruf und Echtzeit-Monitoring eine digital integrierte Produktion ermöglicht. Dies bildet die Grundlage um die Additive Fertigung am Beispiel Laserstrahlschmelzen in die Prozesskette zu integrieren und die Automatisierung weiter voranzutreiben.

Tomographische Charakterisierung

Lupe
  • Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien
  • Ansprechpartner: Dr. Francisco García-Moreno
  • E-Mail: garcia-moreno(at)campus.tu-berlin.de

Am Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien wird ein breites Spektrum von Methoden zur bildgebenden Materialcharakterisierung entwickelt und angewandt, deren Auflösung von der makroskopischen bis hinunter zur atomaren Ebene reicht. So ermöglichen abbildenden Verfahren wie Neutronen- oder Röntgentomographie die 3D Rekonstruktion des untersuchten Volumens, so dass eine detaillierte, quantitative Analyse der Strukturparameter durchgeführt werden kann. Weiterhin werden die Oberflächen bzw. die Volumina extrahiert und dienen als Basis für z.B. Finite-Elemente-Methode (FEM) Simulationen. Weitergehende spezielle tomographische Verfahren mit Synchrotron Strahlung werden durchgeführt. Eine spezielle Weiterentwicklung ist die in-situ Tomographie, die in der Lage ist den Herstellungsprozess in Echtzeit abzubilden und auszuwerten. Diese einzigartige Methode erlaubt Einsicht in z.B. den Pulversinterprozess unter realen Bedingungen. Diese Methode gehört auch zu dem Kompetenzfeld der Digitalisierung & Simulation. 

Quality Science Laboratory (QSL) - Qualität in der Industrie 4.0

Lupe
  • Fachgebiet Qualitätswissenschaft
  • Ansprechpartner: Tim-Gunnar Hensel, M.Sc.
  • E-Mail: tim-gunnar.hensel(at)tu-berlin.de

Im Umfeld stark individualisierter Produkte und der damit einhergehenden veränderlichen Produktion geringer Stückzahlen bis hin zur Einzelfertigung sind die klassischen Methoden der statistischen Prozessüberwachung und –regelung mitunter unzureichend und führen in diesem neuen Produktionsumfeld, in welchem es um die Qualität von spezifischen Einzelprodukten geht, zu erhöhten Ausschussanteilen und folglich zu stetig wachsenden Fehlerkosten. Gleichwohl bietet das Fortschreiten der Digitalisierung in Industrie und Alltag neue Möglichkeiten der Prozesskontrolle. Die Smart Micro Factory im Quality Science Laboratory macht Industrie 4.0 erlebbar. Aufgebaut wird sie am Fachgebiet Qualitätswissenschaft unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem. Ausgestattet ist das QSL mit Zentralmodul, 3D-Druckern, 3D-Scanner, Roboterarm, Nachbearbeitungsanlage und Katapult, um Experimente zu konzipieren. Diese Geräte bilden eine Prozesskette, mit der unter anderem die Gültigkeit traditioneller qualitätswissenschaftlicher Vorgehensweisen untersucht und neue Methoden und Algorithmen entwickelt werden. Ziel des QSL ist es, die Möglichkeiten der digitalisierten Produktion, denn dies verbirgt sich hinter Industrie 4.0, zu erforschen.

Terrestrische 3D-Laserscanner

Lupe
  • Fachgebiet Geodäsie und Ausgleichungsrechnung
  • Ansprechpartner: Frank Neitzel
  • E-Mail: frank.neitzel(at)tu-berlin.de 

Mit einer Messrate von bis zu 2 Millionen Punkten pro Sekunde ermöglichen terrestrische 3D-Laserscanner (TLS) eine schnelle flächenhafte Erfassung der Form von realen Objekten. Als Ergebnis liegt eine 3D-Punktwolke vor, die für jeden angemessenen Punkt die kartesischen Koordinaten XYZ sowie die Intensität des reflektierten Signals enthält. Die 3D-Koordinaten können verwendet werden für: Erstellung von 3D-Planungsgrundlagen; Baufortschrittsdokumentation; As-Built-Kontrolle; Deformationsanalysen; Inspektion von Freiformbauteilen; Ableitung von parametrisierten Oberflächen zur Weiterverarbeitung in Simulationen (z.B. FE-Modellierung). Der Fokus aktueller Untersuchungen liegt in der Nutzung des Intensitätssignals zur Modellierung der stochastischen Eigenschaften von 3D-Punktwolken und in der Entwicklung von Segmentierungsverfahren, die einzelne Strukturelemente automatisch in den Punktwolken detektieren. Des Weiteren werden derzeit effiziente Verfahren zur Parametrisierung von Freiformflächen entwickelt, im Hinblick auf deren Verwendung z.B. in der FE-Modellierung. Als weiteres Messsystem steht (neben den klassischen geodätischen Sensoren) ein kamerabasiertes digitales Bildkorrelationssystem (DIC-System) zur Verfügung, mit dem z.B. Deformationen von Bauteilen zeitlich hochaufgelöst im Submillimeterbereich erfasst werden können.

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