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TU Berlin

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Lehre

Die TUB bietet im Rahmen der Lehre diverse Vorlesungen im Themenfeld Additive Manufacturing (AM) für Studierende im Bachelor- und Masterstudium an. Diesbezüglich sind im Folgenden alle Lehrveranstaltungen der Mitglieder des Forschungs- und Lehrnetzwerks am.tu-berlin [1] zusammengefasst und einleitend vorgestellt:

Übersicht der Lehrveranstaltungen

Titel der Lehrveranstaltung
Verantwortliches Fachgebiet
Integrative Produktentwicklung [2]
Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik
CAD im Automobil und Maschinenbau [3]
Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik
Introduction to Additive Manufacturing (3D Printing) [4]
Keramische Werkstoffe
Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Technologie der Keramik [5]
Keramische Werkstoffe
Prozesstechnik für Werkstoffwissenschaften [6]
Keramische Werkstoffe
Untersuchungsverfahren [7]
Keramische Werkstoffe
Werkstoffe und additive Fertigungsverfahren in der Automobilproduktion [8]
Metallische Werkstoffe
Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Technologie der Metalle [9]
Metallische Werkstoffe
Zellulare Materialien [10]
Struktur und Eigenschaften von Materialien
Technologie der metallischen Leichtbauwerkstoffe (I+II) [11]
Struktur und Eigenschaften von Materialien
Tomographie und Radiographie [12]
Struktur und Eigenschaften von Materialien
Betriebsfestigkeit von Leichtbaustrukturen aus metallischen und Faserverbund-Werkstoffen [13]
Luftfahrzeugbau und Leichtbau
Leichtbau I+II [14]
Luftfahrzeugbau und Leichtbau
Faserverbundleichtbau I+II [15]
Luftfahrzeugbau und Leichtbau
CAD im Luftfahrzeugbau [16]
Luftfahrzeugbau und Leichtbau
3D Biodruck [17]
Angewandte Biochemie
Applied Data Science for Cyber-Physical Systems [18]
Qualitätswissenschaft
t.b.d.
t.b.d.

Integrative Produktentwicklung

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Göhlich
Das Ziel des Moduls ist die Vermittlung eines umfassenden Verständnisses des industriellen Produktentstehungsprozesses. Die Studierenden erlangen grundlegende Kenntnisse zur Planung und Entstehung mechanischer und mechatronischer Produkte - von der ersten Konzeptidee über die Konstruktion und Entwicklung bis zum Markteintritt. Eine Vorlesung befasst sich ausschließlich mit den Themen der produktionsgerechten Produktgestaltung und dem Additive Manufacturing. Im Rahmen der Übung werden relevante Teilprozesse auf die Entwicklung eines mechatronischen Systems angewandt. Beim Aufbau eines funktionsfähigen Roboters wird dessen Chassis mit Hilfe der Studierenden mittels 3D-Druck gefertigt.

CAD im Automobil und Maschinenbau

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Methoden der Produktentwicklung und Mechatronik
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Göhlich

Der Besuch der Vorlesung befähigt zum grundlegenden Verständnis der computergestützten Konstruktionsmethoden im Automobilbau. Studierende dieses Fachs erlangen Kenntnisse im Bereich der Fahrzeug- und Maschinengestaltung und Visualisierung. Darüber hinaus werden den Studierenden die besonderen Aspekte der Versuchs- und Serienfertigung (CAD/CAM) sowie des Produktdatenmanagements (PDM) im Automobil- und Maschinenbau vermittelt. Die Teilnehmer dieses Moduls sind in der Lage, anforderungsspezifische CAD-Methoden mit der Software CATIA V5 in der Praxis anzuwenden. Das Additive Manufacturing wird in der Serie derzeit primär zum Rapid Prototyping im Rahmen der Fahrzeugentwicklung genutzt. Diesbezüglich ist eine Vorlesung der Vorstellung sämtlicher AM-Verfahren gewidmet.

Introduction to Additive Manufacturing (3D Printing)

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Keramische Werkstoffe 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Aleksander Gurlo

Das englischsprachige Modul besteht aus einer Vorlesung und einem Praktikum. Die Vorlesung gibt eine allgemeine Einführung in das Additive Manufacturing (AM) und liefert einen Überblick über die Normen, Geschichte und Grundprinzipien verschiedener AM Verfahren sowie die speziellen Werkstoffanforderungen und –Entwicklungen. Im ersten Teil des Praktikums erarbeiten die Studierenden den kompletten Prozessweg für AM Verfahren, vom Erstellen von 3D Datensätzen mittels CAD Software über die Additive Fertigung bis zur Nachbearbeitung von gefertigten Bauteilen. Im zweiten Teil werden AM Feedstocks (DLP/SLA Resine und Pasten) und von Studierenden aus Rohmaterialien hergestellt und anschließend im AM Verfahren (DLP/SLA, Robocasting) verarbeitet.

Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Technologie der Keramik

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Keramische Werkstoffe 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Aleksander Gurlo

Das Modul vermittelt die Grundkenntnisse über die Werkstoffklasse Keramik und befähigt zum grundlegenden Verständnis der Struktur, Herstellung, Eigenschaften, Technologie  und Anwendungsgebiete nichtmetallischer anorganischer Werkstoffe. Es werden auch praktische und methodische Fähigkeiten vermittelt, die ermöglichen, den Einsatz von Werkstoffen planen und begleiten zu können. Dadurch werden die Studierenden die methodischen Kenntnisse der Technologien keramischer Werkstoffe beherrschen, um einen AM-Prozess zielgerichtet einsetzen zu können.

Prozesstechnik für Werkstoffwissenschaften

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Keramische Werkstoffe
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Aleksander Gurlo

Das Modul vermittelt die Grundkenntnisse über die Prozesstechniken verschiedener Werkstoffe, d.h. ein methodisches und exemplarisches Verständnis über die Prozesskette von der Herstellung zu einem Gefüge, zu Eigenschaften bis hin zu Anwendungen. Es werden fachspezifische Kenntnisse über entsprechende wissenschaftliche Grundlagen wie die Rheologie, das Schmelzen, den Wärmeübergang, die Wärmebehandlung vermittelt. Auf diese Kenntnisse können die Studierenden in der Vorbereitung eines AM-Prozesses zurückgreifen können.

Untersuchungsverfahren

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Keramische Werkstoffe 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Aleksander Gurlo

Das Modul vermittelt die Grundkenntnisse über den Einsatz moderner Charakterisierungsverfahren in der Materialforschung, u.a. (i) Röntgen-, Synchrotron- und Neutronenverfahren, (ii) Mikroskopie: LM, REM, TEM, EDX, EBSD, (iii) Spektroskopie: IR, Raman, NMR, XPS, ESR, ESCA, UV/VIS, (iv) Instrumentelle Analytik: Thermische Untersuchungsverfahren und thermophysikalische Eigenschaften, Messverfahren der thermischen Analyse, Grundlagen der zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen, Oberflächenanalyse (XPS, AES, SIMS, ATR, Drift), chemische Analytik (ICP, AAS, GD-OES, Trägergas-Heißextraktion, Verbrennungstechnik, RFA). Für Materialforscher bildet die Kenntnis dieser Verfahren die Basis um AM Prozesse wissenschaftlich zu untersuchen.

Werkstoffe und additive Fertigungsverfahren in der Automobilproduktion

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Metallische Werkstoffe 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Walter Reimers
  • Dozent: Dr.-Ing. Maik Broda

Es werden derzeitige und zukünftige Werkstoffe sowie Fertigungsverfahren in der Automobilindustrie behandelt. Weiterhin werden die Anforderungen an unterschiedliche Fahrzeugkomponenten aufgezeigt und Rückschlüsse für die Werkstoffauswahl gezogen. Neben klassischen Fertigungsverfahren werden insbesondere zukünftige Technologien, wie die Additive Fertigung/3D Druck erläutert. Der spezifische Einsatz innerhalb des Entwicklungsprozesses und in der zukünftigen Fahrzeugfertigung wird aufgezeigt. Alle Punkte werden den Studierenden mit Praxisbeispielen verdeutlicht.

Herstellung, Verarbeitung, Anwendung und Technologie der Metalle

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Metallische Werkstoffe 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Walter Reimers

Das Modul vermittelt die Grundkenntnisse über die Werkstoffklasse Metalle und befähigt zum grundlegenden Verständnis der Struktur, Herstellung, Eigenschaften, Technologie und Anwendungsgebiete metallischer Werkstoffe. Es werden auch praktische und methodische Fähigkeiten vermittelt, die ermöglichen, den Einsatz von Werkstoffen planen und begleiten zu können. Dadurch werden die Studierenden die methodischen Kenntnisse der Technologien metallischer Werkstoffe beherrschen, um einen AM-Prozess zielgerichtet einsetzen zu können.

Zellulare Materialien

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien 
  • Modulverantwortlicher: Dr. Francisco García-Moreno

Zellulare Metallstrukturen sind Leichtbaumaterialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften. In diesem Modul werden zellulare Metalle, Keramiken sowie Polymere behandelt. Dabei werden verschiedene Aspekte von der Herstellung und Charakterisierung über deren besonderen Eigenschaften bis zur Anwendungen u.a. in AM Bauteilen erörtert. Eine Unterteilung der Materialklassen wird vorgeschlagen sowie viele Beispiele behandelt. Speziell wird auf zerstörungsfreie Prüfverfahren sowie auf weitere, spezielle Untersuchungsmethoden eingegangen.

Technologie der metallischen Leichtbauwerkstoffe (I+II)

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien 
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. John Banhart

Leichtbauwerkstoffe auf Basis von Aluminium, Magnesium und Titan werden von der Herstellung über ihre Verarbeitung bis zu den Anwendungen behandelt. Zu jedem Thema der Vorlesung wird eine allgemeine Einführung gegeben, so dass keine vertieften Vorkenntnisse nötig sind. Ziel ist die Vermittlung eines breiten Überblicks über Leichtbauwerkstoffe mit einer werkstoffwissenschaftlichen Fundierung. Auf diese Kenntnisse können die Studierenden in der Vorbereitung eines AM-Prozesses zurückgreifen können. Die Vorlesung ist der erste Bestandteil des Moduls "Prozesstechnik metallischer Werkstoffe III" und wird mit der Vorlesung im SoSe komplettiert.

Tomographie und Radiographie

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien
  • Modulverantwortlicher: Dr. Ingo Manke

 Durchführung von Experimenten an der Röntgen-Tomographie-Anlage der AG Prof. John Banhart. Untersuchung mehrerer Proben mit Fragestellungen aus der Werkstoffforschung (z.B: Batterie-Entladung, Porenverteilungen in Metallschäumen). Rekonstruktion und anschließende Visualisierung der 3D-Daten mit spezieller Software. Auswertung des Datenmaterials, u.a. Separation von unterschiedlichen Materialien, Analyse von Porenverteilungen, Erzeugung von 3D-Filmen zur Darstellung der Ergebnisse. Einführung in weitergehende spezielle tomographische Verfahren mit Synchrotronstrahlung und Neutronen, und Messungen an den Messanlagen des Helmholtz-Zentrums Berlin.

Betriebsfestigkeit von Leichtbaustrukturen aus metallischen und Faserverbund-Werkstoffen

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Luftfahrzeugbau und Leichtbau
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Volker Trappe, Dr.-Ing. Marc Prewitz

Ziel ist der Erwerb von Kenntnissen über: • das methodische Vorgehen zur rechnerischen und experimentellen Betriebsfestigkeitsvorhersage von Leichtbaustrukturen. • die Versagensmechanismen von Metall- und Composite-Werkstoffen unter zügiger und schwingender Beanspruchung.

Ziel ist das Erlernen von Fertigkeiten: • in der Anwendung probabilistischer Verfahren zur Betriebsfestigkeitsvorhersage / -analyse. • in der Anwendung bruchmechanischer Berechnungsverfahren zur Restfestigkeits- und Restlebensdauervorhersage. • in der Anwendung der Netztheorie und klassischen Laminattheorie zur Auslegung von Strukturbauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden. • in der Anwendung experimenteller Methoden im Rahmen von Praktikumsversuchen.

Ziel ist das Erlangen der Kompetenz: • für einfache Leichtbaustrukturen eine Betriebsfestigkeitsvorhersage experimentell und/oder rechnerisch aus Versuchsdaten erstellen zu können. • bei der Auslegung einer Leichtbaustruktur Aspekte der Betriebsfestigkeit berücksichtigen und bewerten zu können.

Leichtbau I+II

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Luftfahrzeugbau und Leichtbau
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Andreas Bardenhagen, M.Sc. Tom Blümel

Die Lehrveranstaltung Leichtbau gibt einen weiten Überblick über die einzelnen Gebiete des Leichtbaus. Begonnen wird mit einem Überblick über die Anwendungsgebiete und Motivationen des Leichtbaus, sowie mit den Problemen auf die der Leichtbaukonstrukteur achten muss, und die den Entwurf einschränken. Weiterhin werden die strukturmechanischen Modelle zur Analyse der einzelnen Elemente (Scheibe, Platte, Schale, Profilstäbe) einer Konstruktion vorgestellt. Dabei werden die verschiedenen Belastungsformen, für die die Modelle aufgestellt wurden, erläutert und Analysemethoden zur Ermittlung von Spannungen, Verformungen und möglichen Instabilitäten aufgezeigt. Anhand der Eigenschaften verschiedener Werkstoffe, wie Metalllegierungen und Faserverbunde, werden die Begriffe Isotropie und Orthotropie erläutert. Da Leichtbaustrukturen meist dünnwandige bzw. schlanke Strukturen sind, wird auf die verschiedenen Formen des Stabilitätsversagens wie Beulen, Knicken und Kippen eingegangen.
Nach der Vorstellung der einzelnen Leichtbauelemente erfolgt die Synthese zu komplexen Systemen und deren Berechnung am Beispiel von Flugzeugstrukturen. Hierbei kommt es wieder zu Modellbildungen, wie dem Kastenträger als Modell für einen Flügelkasten oder dem Schubfeld- Gurte Modell für orthotrop verstärkte Schubbelastete Scheiben. Auch die Sandwichstruktur wird hierbei erläutert. Die theoretischen Inhalte der Vorlesung werden in den Übungen anhand von Beispielen erläutert. Pro Semester werden drei bis vier Übungsaufgaben durchgeführt.

Faserverbundleichtbau I+II

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Luftfahrzeugbau und Leichtbau
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Volker Trappe, Dr.-Ing. Alexander Krimmer, M.Sc. Tom Blümel

In den Modulen Faserverbundleichtbau I und II werden verschiedenste Aspekte von Faserkunststoffverbunden (FKV) sowie ihre Einsatzmöglichkeiten im Leichtbau betrachtet. Die Module bestehen jeweils aus einem Vorlesungsanteil und einem Projektanteil. In der Vorlesung werden die theoretischen Grundlagen für die Herstellung und Analyse von FKV vermittelt. Um auf aktuelle Tendenzen in Forschung und Entwicklung einzugehen werden in den Vorlesungen neben theoretischem Wissen auch praktische Erfahrungen vermittelt. Die Veranstaltung verbindet die Lehrinhalte mit einem Projekt, das über 2 Semester läuft. Dabei wird in Faserverbundbauweise ein Biegetorsionsträger gebaut, der als belastungsmechanisches Modell für ein Seitenleitwerk ausgelegt wird. Neben den Rechnungen werden Materialproben des Faserverbundes hergestellt und auf ihre Eigenschaften untersucht. Die Daten aus den Materialtests dienen im zweiten Semester als Grundlage für die Auslegung des Seitenleitwerkstellvertreters. Zum Ende des Projekts wird der Biegetorsionsträger im Experiment getestet und dabei über seine Belastungsgrenze hinaus belastet.

Highlights der LV Faserverbundleichtbau: • Spannende Inhalte zum Thema Faserverbundwerkstoffe und ihr Einsatz im Leichtbau • Einblick in Anwendungen aus der Industrie sowie in aktuelle Forschungsgebiete durch unsere Gastdozenten • Projektgestützte Vermittlung von praktischen Erfahrungen zu Auslegung, Herstellung und Testverfahren von Faserverbundstrukturen

CAD im Luftfahrzeugbau

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Luftfahrzeugbau und Leichtbau
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Andreas Bardenhagen, Dr.-Ing. Marc Prewitz

Das Modul besteht aus einem theoretischen Teil der in der Vorlesung vermittelt wird und einem praktischen Übungsteil. Innerhalb der Vorlesung werden Kenntnisse des Product Life Cycle Managements, Phasen des Entwurfsprozesses, Prinzipien des Concurrent Engineerings, Zeichnungshierarchien und Metadaten sowie zur Zeichnungsfreigabe und Gültigkeitssteuerung vermittelt. Ergänzend dazu wird am Beispiel einer Fokker 100 ein parametrisches 3D-Modell für den Flugzeugvorentwurf konstruiert. Dafür wird die in der Flugzeugbranche etablierte CAD-Software CATIA V5 zur Verfügung gestellt. Der Umgang damit soll durch Video-Tutorials selbst erlernt und in betreuten Übungen trainiert werden. Die Fertigstellung der Konstruktion erfolgt in selbständiger Projektarbeit. 

3D Biodruck

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Angewandte Biochemie
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr. Jens Kurreck

Das Praktikum gibt eine Einführung in den aktuellen Stand des 3D Biodrucks. Die Studierenden erlernen die Grundlagen des Computer-Designs von 3D Werkstücken und bekommen einen Überblick über Materialien, die im Biodruck verwendet werden. Die Vor- und Nachteile verschiedener Verfahren für den Biodruck werden erläutert. In praktischen Versuchen wird mit Extrusions- und Stereolithographiedruckern gearbeitet.

Applied Data Science for Cyber-Physical Systems

Ansprechpartner

  • Fachgebiet Qualitätswissenschaft
  • Modulverantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem

Im Modul „Applied Data Science for Cyber-Physical Systems“ bekommen die Studierenden die Möglichkeit, sich auf die Prozessmodellierung und -steuerung eines FDM-Verfahrens (3D-Druck) zu fokussieren. Dazu sollen die Parameter, die den größten Einfluss auf die Qualität der gedruckten Objekte haben, identifiziert und fortlaufend überwacht werden. Zusätzlich sollen Hauptwirkungen und Wechselbeziehungen zwischen den Parametern erkannt und beschrieben werden, sodass Prozess- und Produktqualitäten durch die Optimierung der Parameter kontinuierlich verbessert werden können. Außerdem werden in dem Modul die traditionellen Methoden der Qualitätsprüfung, -überwachung und der statistischen Prozessüberwachung und –regelung aufgegriffen und deren Anwendbarkeit im Produktionsumfeld geringer Stückzahlen überprüft. Das Ergebnis dieser Untersuchungen bildet somit die Grundlage für die Entwicklung und Validierung neuer datenintensiver Algorithmen, deren Fokus auf der Beschreibung der individuellen Produktqualität liegt. „Applied Data Science for Cyber-Physical Systems“ führt folglich das strukturelle Wissen der Qualitätswissenschaft mit den Technologien der Industrie 4.0 und den statischen Verfahren und Algorithmen des Gebietes Data Science zusammen.

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