Bachelor- und Forschungsarbeiten (auch Studienarbeiten)

Entwicklung und Konstruktion einer verfahrbaren Lünette

Das Tiefbohren ist ein anspruchsvolles spanendes Fertigungsverfahren zur Herstellung von Bohrungen mit einem großen Länge-Durchmesserverhältnis mit hohen Anforderungen an die Präzision. Mit sogenannten Lünetten können die langen Bohrwerkzeuge am Schaft abgestützt werden. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Positionierung der Lünettenhöhe zur Bohrbuchse einen Einfluss auf den Mittenverlauf hat.
Im Rahmen dieser Arbeit soll daher eine Lünette entworfen und konstruiert werden, die mit einer entsprechend ausgestatteten Aktorik in eine Achsrichtung verfahren werden kann.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:

• Literaturrecherche
• Erstellen einer Anforderungsliste
• Entwicklung und Bewertung verschiedener Konzepte zur Realisierung der Anforderungsliste
• Auslegung der Aktorik zum verfahren der Lünette in eine Achsrichtung
• Konstruktion der Lünette
• Testen und Validieren des Gesamtsystems
• Dokumentation und Präsentation

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: CAD
Zeitlicher Arbeitsumfang: 6 Monate, falls nicht anders in der PO vorgeschrieben

Ansprechpartner: M. Sc. Johannes Ramme

 

Simulation von Bandführungssystemen von Bandsägen

Bandsägen gehört häufig zu dem ersten Arbeitsschritt im Bereich der Teilefertigung. Auch wenn das Verfahre bereits relativ lange existiert, so gibt es trotzdem noch viele unerforschte Bereiche und Optimierungsmöglichkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit soll daher die Umspülung und Schmierung der Sägebandführung durch Kühlschmierstoff simulativ analysiert und optimiert werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung und Recherche in die Thematik der Fluidsimulation
• Erstellung eines Simulationsmodells
• Simulation des aktuellen Standes
• Aufzeigen von Optimierungsmaßnahmen
• Simulation von einigen Optimierungsvarianten
• Auswertung und Analyse der Ergebnisse
• Erstellung der Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort
Zeitlicher Arbeitsumfang: 6 Monaten

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler

 

Entwicklung, Fertigung und Programmierung eines Hilfstools für Schwingungsmessungen

Schwingungsmessungen an Maschinen und Objekten liefern Erkenntnisse über das Systemverhalten und über kritische Betriebszustände. Dadurch lassen sich Verbesserungspotentiale, aber auch die Grenzen der Konstruktion aufzeigen. Bei größeren Konstruktionen, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine, werden teilweise über 200 Messpunkte bei einer Modalanalyse gemessen. Da jedoch normalerweise nicht so viele Sensoren und Messeingänge zur Verfügung stehen, werden die Sensoren zwischen den Messungen umpositioniert, bis an allen Messpunkten Messungen vorhanden sind. Je nach Zugänglichkeit muss dabei die Orientierung des Sensors geändert werden und diese in die Messsoftware übertragen werden. Um die Fehlerwahrscheinlichkeit in diesem Schritt zu reduzieren, soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit ein Handgerät entwickelt werden, mit dem die Sensororientierung direkt am Sensor bestimmt und mittels kabelloser Übertragen zum Mess-PC übertragen und dort angezeigt bzw. abgespeichert werden kann. 

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung und Recherche in die Thematik der Schwingungsmesstechnik und der Programmierung von Mikrokontroller
• Entwicklung einer Schaltung mit der benötigten Technik (Kontroller, Eingabefeld, Orientierungssensor, Übertragungsmodul etc.)
• Programmierung des Kontrollers und des Empfängers am PC
• Konstruktion der benötigten Gehäuse
• Eventuell selbstständige Fertigung der Gehäuse
• Testen und Validierung des Gesamtsystems
• Dokumentation und Präsentation erstellen

Beginn der Arbeit: ab sofort
Zeitlicher Arbeitsumfang: Je nach Arbeit zwischen 3 und 6 Monaten

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler

 

Ermittlung und Analyse von optimalen Zerspanparameter beim Sägen von Kunststoffrohren

Im Abwasserbereich und Speicherbereich spielen Kunststoffrohre aufgrund ihres geringeren Gewichts und des besseren Handlings eine immer größere Rolle. Um diese abzulängen oder Übergänge zwischen einzelnen Rohren zu fertigen werden häufig Band- oder Kreissägen verwendet. Die Bearbeitungsparameter für diese Verfahren sind bei diesen Verfahren, insbesondere beim Bandsägen, durch Feldexperimente bei den Herstellern der Sägemaschinen ermittelt worden. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Zerspanprozess vom Sägen zweier Kunststoffarten exemplarisch mittels Analogieversuchen genauer betrachtet und verbessert werden. 

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung und Recherche in die Thematik der Kunststoffzerspanung und des Bandsägens
• Erstellung eines Versuchsplan und Auswahl der zu betrachtenden Faktoren
• Planung und Anpassung des Versuchstandes 
• Durchführung der Versuche
• Auswertung und Analyse der Ergebnisse
• Erstellung der Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort
Zeitlicher Arbeitsumfang: Je nach Arbeit zwischen 3 und 6 Monaten

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler

 

Additiv-subtraktive Fertigung dünnwandiger Stahlbauteile.

Das Laser Powder Bed Fusion Verfahren (LPBF) ist ein gängiges Verfahren zur additiven Fertigung von metallischen Bauteilen. Beim LPBF Prozess werden die Bauteile auf eine Substratplatte aufgebaut. Anschließend muss das gedruckte Teil von der Platte abgetrennt und nachbearbeitet werden. Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts soll ein dünnwandiges Bauteil gedruckt, abgetrennt und mittels Bohrprozesses nachgearbeitet werden

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

• Literaturrecherche zum additiv-subtraktiven Fertigungsverfahren
• Additive Fertigung der Testbauteile mittels LPBF-Prozesses
• Spanende Nachbearbeitung: Abtrennen von Bauteilplattform, Entfernung der Stüztstrukturen, Aufbohren
• Entwicklung und Fertigung der Klemmsysteme für spannende Nachbearbeitung, Ermittlung der Prozesskräfte und Schwingungen
• Ermittlung der geometrischen Abweichungen von gefertigten Bauteilen vor- und nach der Bearbeitung

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: CNC-Praktikum

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler, Dr.-Ing. Dina Becker

 

Entwicklung eines additiv-subtraktiv gefertigten Sägebandführungssystems

Häufig ist das Sägen der erste Fertigungsschritt in der Metallverarbeitung. Aufgrund von unzureichender Schnittqualität wird hier jedoch Aufmaß gelassen, welches später mit anderen Verfahren abgetragen werden muss. Dabei hat vor allem das Schwingverhalten und die Stabilität des Sägebandes einen großen Einfluss auf die erreichbare Schnittqualität. Um diese zu beeinflussen soll in dieser Studien- /Masterarbeit ein additiv-subtraktiv gefertigten Sägebandführungssystem entwickelt und getestet werden. Als additives Prozessverfahren zur Herstellung von solchen Systemen ist dabei das Laser-Powder-Bed-Fuision-Verfahren (LPBF) von großem Interesse.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte*:

• Literaturrecherche a) Sägebandführungen, b) LPBF-Konstruktionselemente
• Entwicklung des Sägebandführungssystems
• Additive Fertigung der Testbauteile (LPBF-Verfahren) mit anschließender spanender Bearbeitung
• Test des entwickelten Sägebandführungssystems auf einer Sägemaschine

*) Ausführliche Information beim Treffen mit Ansprechpartnern

Beginn der Arbeit: ab sofort

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler, Dr.-Ing. Dina Becker

 

Untersuchung der Einflussgrößen beim Strahlen von additiv hergestellten Bauteilen

In der additiven Fertigung (AM) entstehen bei dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Prozess relativ raue Oberflächen, die nachbearbeitet werden müssen. Zudem haften Rückstände aus dem pulverförmigen Ausgangswerkstoff an der Oberfläche an, die es zu reinigen gilt. In der industriellen Anwendung werden zur Glättung und Reinigung Strahlprozesse verwendet. In dieser Arbeit soll daher das Strahlen von AM Bauteilen unter Berücksichtigung des Strahlguts sowie der Schichtdicke und Aufbaurichtung untersucht werden.

Die Arbeit in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik und Recherche zu den Einflussgrößen beim L-PBF Prozess
• Charakterisierung additiv hergestellter Oberflächen und analytische Beschreibung dieser
• Konstruktion und Herstellung von Probenkörpern
• Auslegung und Durchführung der Strahlversuche
• Untersuchung der Auswirkung der Eingangsgrößen auf Oberflächentopografie und Randzoneneigenschaften
• Erarbeitung eines Handlungsleitfadens zur Nachbearbeitung von AM Bauteilen

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuung: M. Sc. Clemens Maucher

 

Untersuchung der Randzonen bei additiv hergestellten Bauteilen

Metallische additiv hergestellte Bauteile weisen besondere Eigenschaften hinsichtlich der Herstellungsbedingungen auf. Bei LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) werden Metallbauteile schichtweise hergestellt, indem ein Laser punktuell Metallpulver aufschmilzt. Die Randzoneneigenschaften eines Bauteils, wie beispielweise Oberflächenrauheiten, Härte und Eigenspannungen, werden dadurch stark beeinflusst.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit sollen deshalb die Einflüsse der AM Parameter auf die entstehenden Bauteileigenschaften nahe der Oberfläche untersucht werden. Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik und Recherche zu den Einflussgrößen beim L-PBF Prozess
• Literaturrecherche zu den charakterisierenden Größen der Randzoneneigenschaften und deren Untersuchen
• Katalogisierung der Möglichkeiten zur Bestimmung dieser charakterisierenden Größen, sowie Zusammenfassung in einer Methodik
• 3D Drucken und Untersuchung von Probekörpern mit der erarbeiteten Methodik

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuung: M. Sc. Clemens Maucher

 

Untersuchung der prozessbedingten Eigenspannung von additiv hergestellten Bauteilen

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Daher führt dieses Verfahren aufgrund der großen gestalterischen Freiheit zu tiefgreifenden Veränderungen im Design zukünftiger Bauteile. Jedoch sind auch große prozessbedingte Herausforderungen damit verbunden. Durch den Prozess wird zeitlich und örtlich variabel Wärme in das entstehende Bauteil eingebracht, was durch die Wärmeausdehnung zu Eigenspannungen führt. Um diese Eigenspannung und die damit einhergehenden Verformungen der Bauteile besser vorhersagen zu können ist das Ziel dieser Arbeit diesen Effekt an konstruierten Probekörpern zu untersuchen.

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Recherche zu der Entstehung von Eigenspannungen und derer Berechnung
• Recherche und Bewertung von gängigen Probenkörpern
• Katalogisierung der recherchierten Ergebnisse nach ausgewählten Kriterien unter Rücksprache mit dem Betreuer
• Entwicklung und Herstellung eines selbst konzipierten Probekörpers in Hinblick auf Eigenspannungen und dem daraus entstehenden Verzug bei variierenden Prozessparametern
• Vermessung der Proben

Beginn der Arbeit: ab sofort

Gesuchte Studienrichtungen: mabau o. ä.

Zeitlicher Arbeitsumfang: 5-6 Monate

Betreuung: M. Sc. Clemens Maucher

 

Entwicklung einer Methodik zur gekoppelten Simulation der additiven und subtraktiven Prozesskette

Mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) können Metallbauteile in kleinen Stückzahlen mit hoher Produktivität und Materialeffizienz hergestellt werden. Dabei wird Material punktuell aufgeschmolzen, um schichtweise ein Bauteil aufzubauen. Die dabei induzierte Wärme führt zu Eigenspannung und speziellen Materialcharakteristiken, die sich wiederum auf die Nachbearbeitung auswirkt. Um mögliche Effekte nun vorhersagen zu können, ist eine gekoppelte Simulation der additiven und der subtraktiven (Nachbearbeitung) Prozesse Ziel dieser Arbeit. Um dieses Ziel zu erreichen, gliedert sich die Arbeit in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik und Recherche zu den Einflussgrößen beim L-PBF Prozess
• Recherche zu den benötigten Materialmodellen
• Durchführung von AM und Zerspanungs- Prozesssimulationen mit Hinblick auf benötigten Ein- und Ausgabenwerten
• Erarbeitung eines Konzeptes für die Kopplung der beiden Simulationen
• Umsetzung des erarbeiteten Konzepts und exemplarische Durchführung einer gekoppelten Simulation

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuung: M. Sc. Clemens Maucher

 

Herstellung der dünnwandigen Bauteile in kombinierter Betrachtung der additiven Fertigung und subtraktiven Nachbearbeitung

Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ist eines der bekanntesten additiven Fertigungsverfahren. Beim LPBF schmilzt ein Laserstrahl selektiv Pulver in einem Pulverbett, wodurch eine Querschnittsfläche erzeugt wird. Durch das Aneinanderreihen mehrerer Schmelzbahnen in einem Mikroschweißverfahren entsteht dann ein Bauteil. Da die Schichten extrem dünn sind,  können sehr komplexe Bauteile mit hoher Auflösung hergestellt werden.

Zu den wichtigsten Schritten der Prozesskette beim LPBF-Verfahren gehören: Datenerstellung, Datenvorbereitung, Druckvorbereitung, Druckprozess, Auspackprozess, Trennen von Bauteil und Bauplattform, Nachbearbeitung des Bauteils.

In dieser Studienarbeit sollen additive und subtraktive Prozesse entlang der Prozesskette bei der Herstellung dünnwandigen LPBF-Testbauteile untersucht und optimiert werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

• Literaturrecherche zum additiv-subrtaktiven Fertigungsverfahren
• Vorbereitung und Durchführung von Versuchen: konstruktive Anpassung, 3 D-Druck (LPBF) und spanende Nachbearbeitung
• Ermittlung der geometrischen Abweichungen von additiv gefertigten Bauteilen vor- und nach der Bearbeitung
• Erarbeitung eines Leitfadens zur praxisorientierten Herstellung von dünnwandigen LPBF-Bauteilen

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: CAD

Betreuung: Dr.-Ing. Dina Becker und M. Sc. Clemens Maucher

 

Entwicklung eines Materialmodells für die Simulation orthogonaler Zerspanprozesse von CMC

Verbundwerkstoffe werden aufgrund ihrer individuell konfigurierbaren Materialeigenschaften in immer mehr Anwendungsbereichen eingesetzt. Allerdings gehen die überlegenen Materialeigenschaften zum Teil einher mit einem komplexen Materialverhalten und großen Herausforderungen in der spanenden Bearbeitung dieser Werkstoffe.

Aus diesem Grund werden Spanbildungs- und Zerspansimulationen zur Untersuchung der grundlegenden Zusammenhänge in den Bearbeitungsprozessen eingesetzt. Für aussagekräftige Simulationen sind allerdings exakte Materialmodelle, mit einem dem realen Werkstoff entsprechendem Verhalten, notwendig.

Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts soll die spanende Bearbeitung von keramischen Verbundwerkstoffen (CMC) am Beispiel eines additiv gefertigten C-SiC Werkstoffes untersucht werden. Hierfür soll ein geeignetes Materialmodell gefunden werden, um anschließend in einer Finiten-Elemente-Simulation Aussagen über das Zerspanverhalten zu treffen.

Das Ziel der Studien-/Bachelorarbeit ist die Simulation quasi 2-dimensionaler, orthogonaler Zerspanprozesse und die Validierung der Ergebnisse anhand von Versuchen im Orthogonalschnitt.

Teilaspekte der Arbeit sind:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Einarbeitung in eine geeignete Simulationsumgebung (DEFORM, Abaqus)
• Aufbau eines Materialmodells
• Entwicklung einer 2D-Zerspansimulation
• Validierung der Simulation anhand von Versuchen im Orthogonalschnitt
• Auswertung der Ergebnisse
• Erstellen der Dokumentation

Notwendige Vorkenntnisse: keine

Beginn: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Maximilian Rapp

 

Entwicklung eines Werkzeughalters für kleine Werkzeugdurchmesser

Um den heutigen Anforderungen an Produktivität gerecht zu werden, ist es notwendig immer mehr Bearbeitungsschritte auf einer Maschine durchzuführen. Damit geht einher, dass auch sehr kleine Werkzeugdurchmesser auf Maschinen, die dafür nicht konzipiert sind, eingesetzt werden sollen. Dadurch entstehen Prozessinstabilitäten.

In der hier ausgeschriebenen Arbeit soll ein Teil dieser Probleme durch die Entwicklung eines speziellen Werkzeughalters behoben werden.

Teilaspekte der Arbeit sind:

• Ausarbeiten eines Konzeptes zur Umsetzung eines bestehenden Anforderungskatalogs
• Entwerfen und Auslegen der notwendigen Einzelkomponenten unterstützt durch moderne CAE-Tools
• Ausarbeiten der Konstruktion
• Aufbau und Erprobung eines Prototyps

Notwendige Vorkenntnisse: keine
Beginn: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Daniel Gutsche und M. Sc. Tobias Tandler

 

Entwicklung und Konstruktion eines Versuchsstandes zur Untersuchung von Spannmitteln

Zur sicheren Bewertung von Spannsituationen beim Drehen ist die Kenntnis der Kraft- und Dehnungsverhältnisse an der Kontaktstelle zwischen Spannmittel und Werkstück essentiell. Zur besseren messtechnischen Untersuchung der Bedingungen in dieser Kontaktstelle soll ein statischer Versuchsstand entwickelt werden, der die genaue messtechnische Untersuchung der Kontaktstellen ermöglicht.

Mögliche Teilaufgaben der Arbeit sind:

• Recherche bezüglich der Kraft- und Dehnungsverhältnisse in der Kontaktstelle bei Dreibackenfuttern
• Konzeption und Entwicklung eines statischen Versuchsstands mit der Möglichkeit der Krafteinleitung in ein Werkstück zur möglichst genauen Nachbildung des dynamischen Drehprozesses
• Konstruktive Ausführung des Versuchsstands

Notwendige Vorkenntnisse: keine
Beginn der Arbeit: ab sofort möglich

Betreuer: M. Sc. Daniel Gutsche

 

Aufbau einer Simulationsumgebung für rotierende Werkstückspanntechnik

Zusätzliche, rotatorische Achsen in modernen Drehmaschinen ermöglichten in den letzten Jahren die Entwicklung neuartiger Drehverfahren. Diese von verschiedenen Herstellern verfügbaren neuen Verfahren führen durch ihre neue Kinematik zu aktuell unzureichend untersuchten Belastungen auf das Werkstück. Bisher verwendete Werkstückspannsysteme sind auf diese Belastungen nicht ausgelegt bzw. ihre Sicherheit bei der Verwendung neuer Drehverfahren ist nicht hinreichend untersucht. Daher können die theoretisch möglichen Produktivitätssteigerungen nicht vollständig ausgeschöpft werden.

Im Rahmen eines Forschungsprojekts soll ein besseres Verständnis für die Wirkung der aus den neuartigen Drehverfahren resultierenden Belastungen auf die Werkstückspannung erlangt werden. Hierfür soll eine Simulationsumgebung aufgebaut werden, um verschiedene Szenarien mittels der Finite-Elemente-Methode (FEM) zu untersuchen.

Teilaufgaben der Arbeit sind:

• Literaturrecherche zu Werkstückspanntechnik und deren Abbildung mittels FEM
• Auswahl geeigneter Beispielszenarien (nur bei Studienarbeit)
• Abbildung von Beispielszenarien in einem FEM-System
• Validierung der Simulationen mittels realer Experimente an modernsten Drehzentren

Weitere Details werden gerne im persönlichen Gespräch geklärt.
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Beginn der Arbeit: ab sofort möglich

Betreuer: M. Sc. Daniel Gutsche

 

Untersuchung des turbulenten Strömungsverhaltens des Kühlschmierstoffes im engen geschlossenen Schnittspalt beim Kaltkreissägen

Beim Kaltkreissägen mit einer inneren Kühlschmiermittelzufuhr (IKZ) wird das flüssige Medium durch das Stammblatt direkt an die Schneide im engen geschlossenen Schnittspalt geführt. Nach dem Austritt des Kühlmittels aus dem Stammblatt tritt der Freistrahl auf das Werkstück bzw. das Werkzeug auf, zerfällt und füllt den Spanraum. Während diesem transienten Vorgang finden Wärmeübergänge zwischen dem Werkstück, dem Werkzeug und dem Kühlmittel statt.

Das Ziel dieser Arbeit ist die simulationsgestützte Untersuchung (CFD) des turbulenten Strömungsverhaltens des Kühlschmierstoffes hinsichtlich des Wärmeübergangs zwischen der Flüssigkeit und den Festkörpern. Unter Verwendung von OpenFOAM ist eine typische Spangeometrieanordnung (Momentaufnahme) zu untersuchen. Dazu muss zunächst ein Rechennetz erstellt werden, der Fall in OpenFOAM aufgebaut und simuliert und anschließend ausgewertet werden. Um entscheiden zu können, ob Turbulenzeffekte signifikant sind, muss das Strömungsfeld einer laminaren und turbulenten Simulation miteinander verglichen werden. Insbesondere ist herauszuarbeiten, ob sich Turbulenzeffekte in der Wandnähe merklich auf die Wärmeübergänge zwischen dem Kühlmedium und dem Werkstück bzw. Werkzeug auswirken.

• Recherche zum Stand der Technik
• Abstraktion und Eingrenzung des zu betrachtenden Simulationsraums
• Durchführung von Strömungssimulationen zur Untersuchung der Strömungsverhältnisse im Spanraum

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Qualifizierungsmethoden von metallischen Pulver für die Laser additive Fertigung

Mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) können Metallbauteile in kleinen Stückzahlen mit hoher Produktivität und Materialeffizienz hergestellt werden, die mit herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht oder nur mit erheblichem Aufwand herstellbar sind. Als Ausgangsmaterial wird bei diesem Prozess metallisches Pulver verwendet. Die Qualität dieses Pulvers hat einen maßgeblichen Einfluss auf den Prozess.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit sollen deshalb die Einflüsse der Pulverqualität auf die entstehenden Bauteile untersucht werden. Folgende Fragen sollen beantwortet werden:

• Wie beeinflusst die Pulverqualität das Ergebnis?
• Wie kann die Pulverqualität mit einfachen Mitteln reproduzierbar überprüft werden?

Um diese Fragen zu klären gliedert sich die Arbeit in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik und Recherche zu den Einflussgrößen beim L-PBF Prozess
• Literaturrecherche zu den Einflussgrößen des Pulvers auf den L-PBF Prozess
• Katalogisierung der Möglichkeiten zur Pulvercharakterisierung
• Erarbeitung eines Leitfadens zur praxisorientierten Pulvercharakterisierung
• Durchführung der Pulvercharakterisierung
• 3D Drucken und Untersuchung von Probekörpern mit konditioniertem Pulver

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Vorhersage von Zerspanungsdaten bei Bandsägen mithilfe von Machine Learning

Machine Learning/Künstliche Intelligenz spielt in immer mehr Bereichen eine Rolle, so auch im Bereich der Zerspanungstechnologien. Es gibt dabei viele verschiedene Anwendungen und Ausführungen von künstlicher Intelligenz. Im Rahmen dieser Arbeit soll entweder in Matlab oder Tensorflow ein Modell erstellt werden, mit dem die Bearbeitungskräfte und Verläufe beim Bandsägen unter Vorgabe von Eingangswerten vorhergesagt werden kann.

Die Arbeit gliedert sich dabei in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung und Recherche in die Thematik und zu den verschiedenen Modellen
• Aufbau eines Modells in Matlab oder Tensoflow
• Versuchsplanung und Durchführung von Versuchen für Lern- und Test-Datensatz
• Training und Bewertung des Modells

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M.Sc. Tobias Tandler

 

Schneidkantenpräparation von Sägewerkzeugen mittels Bürste

Die Schneidkantenpräparation ist im Bereich von Fräser, Bohrern und Drehwerkzeugen weit verbreitet und erhöht die Leistungsfähigkeit der Werkzeuge sowie die Standzeit. Bei Bandsägen hingegen ist es noch nicht soweit und die Bänder müssen meistens mit reduzierten Prozessparametern „eingefahren“ werden. Dies kostet Zeit und damit Geld. Deswegen soll in dieser Arbeit der Einfluss von Schneidkantenpräparation bei Sägewerkzeugen untersucht werden. Als ein geeignetes Verfahren hat sich dafür der Einsatz von Bürsten herausgestellt.

Dazu sollen verschiedene Verrundungen an Einzahnproben (ggf. auch von Mehrzahnproben) erzeugt und vermessen werden. Anschließend sollen sie hinsichtlich der auftretenden Schnittkräfte und Standzeiten untersucht werden.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

• Literaturrecherche zu Schneidkantenpräparation
• Versuchsplanung
• Konstruktion geeigneter Probenhalter und Präparation der Proben 
• Erzeugen und vermessen der Schneidkanten
• Durchführung der Versuche mit den präparierten Werkzeugen 
• Auswertung der Ergebnisse
• Erstellen der Dokumentation

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Gesuchte Studienrichtung: Maschinenbau o.ä.
Notwendige Vorkenntnisse: Grundkenntnisse im Umgang mit Werkzeugmaschinen von Vorteil 

Betreuer: M. Sc. Tobias Tandler

 

Zerspanungsprozessimulation für additiv hergestellte Leichtbauwerkzeuge

Die additive Fertigung wird immer häufiger dazu benutzt industriell eingesetzte Werkzeuge zu optimieren. Eine mögliche Optimierungsvariante ist die Reduktion der Ratterneigung lang auskragender Werkzeuge. Hierzu soll am Beispiel eines ausgesuchten Referenzwerkzeugs eine Zerspanungssimulation durchgeführt werden.

Bei Simulation von Zerspanprozessen werden zur Beschreibung des Materialverhaltens von metallischen Werkstoffen Materialmodelle benötigt, durch die ein realer Prozess möglichst genau simulativ abgebildet werden soll. Dazu werden eine Vielzahl von Materialmodellen verwendet, die zumeist auf empirischen oder analytischen Ansätzen basieren.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll der Zerspanprozess unter Variation verschiedener Parameter simuliert werden, um Rückschlüsse auf die resultierenden Kräfte und Schwingungen zu erhalten. Zusätzlich sollen verschiedene Materialkombinationen, hinsichtlich der kritischen Zustände, untersucht werden.

Inhalte:

• Aufbau einer Zerspanungssimulation
• Parameterstudie
• Praktische Evaluierung des Modells anhand eines Prototypen

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

FE-Simulation der Lagerung einer Werkzeugspindel unter statischer und dynamischer Last

Seit den 1980er-Jahren können leistungsfähigere Motoren die werkzeugtragenden Spindeln direkt antreiben. Im Spindel-Maschinenbau ermöglicht dies seitdem eine präzisere Bearbeitung, auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten. Die hohen Drehzahlen führen gleichzeitig zu hohen, dynamischen Belastungen der Wellenlager. Des Weiteren müssen die Lager axiale und radiale Kräfte aus dem Zerspanprozess sicher aufnehmen. Diese Anforderungen machen eine detaillierte Auslegung der Spindellagerung (Art, Anzahl und Anordnung der Einzellager, Vorspannung, …) unter Berücksichtigung des Zerspanprozesses inklusive Prozessbelastungen und  Werkzeuge erforderlich.

Aufgrund der geschilderten Problematik ist die Vorhersage der dynamischen Charakteristiken von Spindeln im Betrieb von großem Interesse. Daher gilt es im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept zur FE-Simulation unterschiedlicher Lagerungssituationen auszuarbeiten und an einem konkreten Anwendungsbeispiel zu überprüfen. Dazu sollen im Rahmen dieser Arbeit folgende Punkte untersucht werden:

• Erstellung eines Zerspanprozessersatzmodells (Abstraktion des Zerspanprozesses, um die auf das Werkzeug wirkenden Belastungen zu berechnen)
• Werkzeugersatzmodell (Abstraktion der Werkzeugunwucht)
• Erstellung eines Spindelmodells mit parametrischen Eigenschaften der Lager
• Validierung des Spindelmodells
• Diskussion der Erkenntnisse

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Konstruktion, Entwicklung, Testen und Simulation mechanischer Strukturen für die Medizintechnik

Im Rahmen studentischer Arbeiten / Masterarbeiten sollen Antriebe bzw. Motoren mit Getrieben bzw. Teile hierzu für spezielle Anwendungen (Medizintechnik) entwickelt, konstruiert und simuliert werden. Die Arbeiten werden in Zusammenarbeit mit einem mittelständischen Unternehmen im Rahmen eines Forschungsprojektes vergeben. Daher können nähere Einzelheiten erst in einem persönlichen Gespräch erläutert werden.

Ziele der studentischen Arbeiten / Masterarbeiten ist es, aus bekannten Bauweisen für die spezielle Anwendung ein geeignetes Konzept zu entwickeln bzw. dieses zu optimieren. Im ersten Schritt werden die CAD-Systeme SolidWorks und das FEM System ANSYS eingesetzt. In weiteren Optimierungs-Schritten sollen die Berechnungen mit einem CFD System erweitert werden. Ferner sind Arbeiten zur Versuchsstandentwicklung und Erprobung der Versuchsmuster geplant. Auch Arbeiten zur additiven Fertigung / 3D- Druck werden im Rahmen des Projekts desweiteren vergeben. Bitte erkunden Sie sich in einem persönlichen Gespräch über weitere Möglichkeiten für studentische Arbeiten (Master-/ Bachelor-/ Studienarbeiten).

Konstruktion und Simulation eines Versuchsmusters

• Literaturrecherche zu den Antriebs-/Motorenprinzipien
• Optimierung eines parametrischen CAD-Modells / Konstruktion
• Bestimmung der Randbedingungen bzw. der Eingangsparameter
• Berechnung des elastomechanischen Strukturverhaltens mit FEM
• Optimierung der Konstruktion zur Reduzierung des Reibungsverhaltens und der Belastungen
• Zusammenfassung der Ergebnisse

Interessen und Fähigkeiten:

• Konstruktion
• FEM Berechnungen 
• Software SolidWorks, ANSYS (statisch/dynamische Berechnung)

Nähere Einzelheiten können wir gerne in einem persönlichen Gespräch besprechen. Bei Eignung ist es auch möglich im Anschluss der Abschlussarbeit sich bei der Firma als Mitarbeiter zu bewerben.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / Dipl.-Ing. Steffen Braun

Simulation des Strömungsverhaltens eines Versuchsmusters

• Literaturrecherche zu den Antriebs-/Motorenprinzipien
• Optimierung eines parametrischen CAD-Modells / Konstruktion
• Bestimmung der Randbedingungen bzw. der Eingangsparameter
• Berechnung des Strömungsverhaltens mit FEM (ANSYS-Fluent oder –CFX)
• Optimierung des Strömungsverhaltens und der erreichbaren Leistungsdaten (Drehmoment, Leistung, Drehzahl, Regelbarkeit)
• Zusammenfassung der Ergebnisse

Interessen und Fähigkeiten:

• Simulationen und Optimierungen
• Strömungssimulation
• Software ANSYS-Fluent oder CFX, SolidWorks

Nähere Einzelheiten können wir gerne in einem persönlichen Gespräch besprechen. Bei Eignung ist es auch möglich im Anschluss der Abschlussarbeit sich bei der Firma als Mitarbeiter zu bewerben.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / Dipl.-Ing. Steffen Braun

Entwicklung eines Versuchstandes zum Testen von Versuchs- und Funktionsmustern der Antriebe/Motoren

Ziele dieses Themas ist es einen Versuchstand mit entsprechender Sensorik zu entwickeln. Je nach Interesse und Fähigkeiten kann eher eine konstruktive Entwicklung, auch die Auswahl und Inbetriebnahme entsprechender Hard-/ und Software den Schwerpunkt der Arbeit bilden. Die Hardware ist zu konstruieren, aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Für die Messtechnik bzw. Software stehen unterschiedliche Systeme zu Verfügung. In der Regel wird die Software mit NI-LabView erstellt. Für die Bearbeitung dieses Teilbereichs sollte das Interesse bestehen, die für Forschungszwecke sehr wichtige grafisch-interaktive Mess-Software einzusetzen und ggf. zu erlernen. Im Rahmen des Hauptfachpraktikums am IfW wird eine Einführung in LabView angeboten.

Interessen und Fähigkeiten:

• Forschung und Entwicklung
• Konstruktion und Inbetriebnahme
• Hardware, Sensoren und Software für Messaufgaben (NI-LabView)

Nähere Einzelheiten können wir gerne in einem persönlichen Gespräch besprechen. Bei Eignung ist es auch möglich im Anschluss der Abschlussarbeit sich bei der Firma als Mitarbeiter zu bewerben.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / Dipl.-Ing. Steffen Braun

 

Simulation von Antrieben mit Matlab/Simulink

Mit einer Simulation von Antrieben in Matlab Simulink soll ein Hilfsmittel bzw. ein Beitrag zum besseren Verständnis der Regelung von Vorschubachsen für Studierende geschaffen werden. Die Nutzer erhalten mit der Simulation bzw. einem zu entwickelnden Softwaretool einen Überblick über das Thema „Mechatronik der Werkzeugmaschinen“ am Beispiel der Vorschubachse. Der zu entwickelnde Baustein soll das Interesse an der Mechatronik der Werkzeugmaschine und der physikalischen Modellierung von Regelstrecken mit Matlab/Simulink wecken. Der Simulationsbaustein ist im Rahmen der studentischen Arbeit zu projektieren, zu entwickeln und zu testen. Im Anschluss soll der Baustein im Internet interessierten Usern zum Experimentieren und zur Entwicklung eigener Kompetenzen zur Verfügung gestellt werden.

Folgende spannende Teilaufgaben können im Rahmen von studentischen Arbeiten / Masterarbeiten bearbeitet werden:

• Recherche bereits bekannter Simulationen und Matlab-Tools
• Voraussetzungen für die Entwicklung und Darstellung der Ergebnisse
• Programmierung der Matlab/Simulink Simulation für mindestens zwei Antriebsarten
• Möglichkeiten der grafischen Darstellung, Interaktion zwischen Usern und der Simulation (Website)
• Integration der Simulation in einen Webauftritt im Internet
• Validierung der Simulation bzw. Tests mit Usern zur Optimierung der Ergebnisse

Die Arbeit eignet sich sehr gut für das Homeoffice, da Sie keine Geräte oder Versuchsequipment benötigen. Ein Interesse an der Simulation mit MatLab Simulink, der Programmierung und/oder grafischen Darstellung von Ergebnissen sollte natürlich vorhanden sein.

Studienrichtungen: Maschinenbau (mabau), Mechatronik (mecha), Technolgiemanagement (tema), Informationstechnik (sotech, Infotech u.a.), Technikpädagogik

Nähere Einzelheiten zu dem Thema werden gerne in einem persönlichen Gespräch oder einer Videokonferenz vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier und M. Sc. Max Richter

 

Virtual Reality / Augmented Reality für Werkzeugmaschinen

Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) ermöglichen eine andere Art des Lernens: In ein Ereignis ganz tief eintauchen. Szenarien erleben statt bloß aufnehmen. Im Rahmen dieser Arbeiten, sollen die Möglichkeiten der X-Reality (AR/VR oder Mixed Reality) für Werkzeugmaschinen erforscht und in einem ausgewählten Scenario erprobt werden. Für die Durchführung und Erprobung stehen am IfW verschiedene AR-Brillen (u.a. Microsoft HoloLens 2) sowie ein VR-Equipment am Partnerinstitut zur Verfügung.

Folgende Inhalte sollten erarbeitet werden:

• Einsatzmöglichkeiten von AR /VR /MR für Lehr-, Montage-, Wartungs- oder Instandsetzungsaufgaben in Werkzeugmaschinen
• Festlegung eines geeigneten Usecases für die Umsetzung
• Entwicklung eines Storyboards für die Umsetzung
• Ausarbeitung, Erprobung und Optimierung der AR /VR /MR Anwendung
• Validierung der AR Anwendung mit weiteren Usern

Studienrichtung: Maschinenbau (mabau), Mechatronik (mecha), Technolgiemanagement (tema), Technikpädagogik, Informationstechnik (sotech, Infotech u.a.)

Die Arbeiten eignen sich sehr gut für das Homeoffice, da für einen überwiegenden Teil der Durchführung keine Geräte oder Equipment benötigt werden. Nähere Einzelheiten zu den Themen werden gerne in einem persönlichen Gespräch oder einer Videokonferenz vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Entwicklung von Gestellen bzw. Strukturen von Werkzeugmaschinen

Im Rahmen eines Grundlagenprojekts sind neue Strukturen für Gestelle von Werkzeugmaschinen auszulegen und zu entwickeln. Anhand einer Analyse sind hierzu geeignete Gestell Komponenten auszuwählen, konstruktiv zu gestalten und mit FEM zu berechnen. Als Anwendungsszenario dient die „Studentenmaschine“, eine kleine Werkzeugmaschine für Experimente von der sowohl die CAD-Daten als auch die reelle Maschine am Institut vorhanden sind. Aber auch andere Maschinenkonfigurationen bzw. Maschinentypen sind denkbar. Je nach Interesse oder Fähigkeiten können die Themenschwerpunkte bzw. Vertiefungen eher theoretisch (FEM/analytisch) oder konstruktiv (mit geringem Berechnungsanteil) gewählt werden. Da die Arbeiten für ein bereits bewilligtes laufendes Projekt durchgeführt werden, ist eine zügige Bearbeitung gewünscht und wird auch nachhaltig unterstützt.

Die Arbeiten eignen sich sehr gut für das Homeoffice, da die Student:Innen keine Geräte oder Versuchsequipment benötigen. Ein leistungsfähiger PC oder Laptop mit entsprechender Software, die von der Universität zur Verfügung gestellt wird, reicht aus.

Studienrichtung: Maschinenbau (mabau), Mechatronik (mecha), Technolgiemanagement (tema), Technikpädagogik, Informationstechnik (sotech, Infotech u.a.)

Nähere Einzelheiten zu den Themen werden gerne in einem persönlichen Gespräch oder einer Videokonferenz vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Entwicklung und Erprobung eines Heißdrahtschneiders für einen Industrieroboter

Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollen unterschiedliche Bearbeitungstechnologien in einer Industrieroboterzelle für Werkstoffe wie Holz, Kunststoffe und Polystyrol untersucht werden. Eine dieser Technologien ist das Heißdrahtschneiden. Diese wird beispielsweise zum Formenbau in der Architektur verwendet.

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zum Stand der Technik des Heißdrahtschneidens. Weiterhin sollen Grundlagenversuche durchgeführt werden, um die Technologie besser zu verstehen. Im Fokus der Arbeit steht die Entwicklung, Auslegung und Konstruktion eines Heißdrahtschneiders. Hierzu gehören die mechanischen und elektrischen Komponenten sowie die Regelung der Drahttemperatur beispielsweise über einen Arduino Nano-Mikrocontroller. Abschließend soll der Heißdrahtschneider am Industrieroboter im Versuchsfeld des IfWs erprobt werden.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Werkzeug 4.0 / Industrie 4.0

Für einen Industriepartner wurde ein „fühlendes“ Werkzeug entwickelt. Der Prototyp des Werkzeugs ist bereits aufgebaut. Mit dem Prototyp sind Experimente durchzuführen, um das Werkzeug zu testen, weiter zu entwickeln und „intelligent“ zu machen.

Aktuell sind zu diesem Projekt zwei spannende Themen zu vergeben:

• Entwicklung einer autarken Energieversorgung durch Energy Harvesting bzw. die Übergabe von Energie und Informationen mit der am IfW entwickelten Werkzeug-Schnittstelle (HSK-I)
• Entwicklung einer Auswerte- und Anzeige-App für mobile Endgeräte (iOS oder Android)Interessen und Fähigkeiten:
• Wer an einem brandaktuellen Thema mitarbeiten und Teil der 4. Industriellen Revolution werden möchte, ist mit diesen Aufgabenstellungen am Puls der Zeit. Experimentierfreudige Student(inn)en können mit diesem Projekt spannende Arbeiten durchführen.

Weitere Themen gerne auf Anfrage oder in einem persönlichen Gespräch.

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung eines adaptierbaren Spannmittelbaukastens mit cyber-physischen Modulen

Die Werkstückspanntechnik ist eine Kernkomponente in Werkzeugmaschinen, da Werkstück-Spannsysteme im Kraftfluss der Bearbeitung liegen und maßgeblich an der Bearbeitungsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen beteiligt sind. Allerdings zählen sie nicht zu den eigentlichen Komponenten der Werkzeugmaschinen. Das führt oftmals zu einer separaten Auslegung und einer komplexen werkstückspezifischen Konstruktion der Spannvorrichtung. In dieser Arbeit werden Spannmittel für unterschiedliche Spannaufgaben systematisiert und bewertet. Die Möglichkeiten zur Integration der Sensorik in Spannmittel werden durch experimentelle Versuche und rechnerische Methoden untersucht. Ein adaptierbarer intelligenter Spannmittelbaukasten mit cyber-physischen Modulen für eine ausgewählte Spannsituation ist zu entwickeln, um bei geometrieähnlichen Werkstücken ihre Austauschbarkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.

Die Arbeit gliedert sich in folgende mögliche Teilaufgaben:

• Literaturrecherche zur Spann- und Vorrichtungstechnik
• Spannmittel und Spannsituationen systematisieren, eine geeignete Spannmethode auswählen
• Untersuchung der Integration der Sensoren
• in einem Prototyp sind Spannmittel experimentell zu vermessen und zu untersuchen
• nummerische Simulationen

Nähere Details zu diesem Thema werden in einem persönlichen Gespräch vorgestellt.

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Qi Feng

 

Parameterstudie über den Einfluss verschiedener Druckparameter im FDM 3D-Druck

Die Bauteilqualität der additiven Fertigung ist von unterschiedlichsten Faktoren abhängig. Um einen erfolgreichen Druck zu erhalten sind sowohl Bauteilausrichtung, Stützstrukturen, die Bauteilgeometrie aber auch der Druckprozess mit unzähligen Parametern zu beachten.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll ein Leitfaden für verschiedenste Druckanwendungen erstellt werden. Hierzu sind Parameterstudien mit unterschiedlichsten Bauteilen und Prozesseinstellungen durchzuführen.

Inhalte:

• Entwicklung einer geeigneten Versuchsplanung
• Untersuchung des Druckprozesses
• Erstellung eines Leitfadens für den 3D-FDM-Druck

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Konstruktion und Aufbau einer Filament-Recycling und Mischanlage für Kunststofffilamente

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Daher führt dieses Verfahren aufgrund der großen gestalterischen Freiheit zu tiefgreifenden Veränderungen im Design zukünftiger Bauteile.

Diese gestalterische Freiheit führt auf der anderen Seite aber auch zu einer größeren Menge an Stützstrukturen, Prototypen oder Fehldrucken. Um diesen Abfall zu verringern ist es das Ziel dieser Arbeit, das Material wieder dem Herstellungsprozess in Form von recyceltem Filament zuzuführen.

Inhalte:

• Konstruktion der Anlage bestehend aus Schredder, Mischer, Extruder, Kühlung und Wickelvorrichtung
• Inbetriebnahme der Anlage
• Bestimmung der Prozessparameter
• Analyse des recycelten Filaments

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung und Konstruktion eines 3D-Druckers für Hochleistungspolymere

Die additive Fertigung wird längst nicht mehr nur für die Herstellung von Prototypen oder Demonstratoren verwendet. Sie eignet sich unter anderem für die Produktion komplexer Geometrien individualisierter Produkte. In den letzten Jahren haben die Materialvielfalt und die verschiedenen Verfahrensprinzipien stark zugenommen, dabei werden auch immer häufiger Hochleistungspolymere eingesetzt, wie beispielsweise PEEK. Letztere stellen auf Grund ihres Materialverhaltens häufig noch eine Herausforderung für die additive Fertigung dar, sind jedoch zugleich eine wichtige Materialgruppen in der Medizintechnik und neuerdings auch im Maschinenbau. Um komplexe Geometrien additiv herstellen zu können soll deshalb die Hardware eines FDM-Druckers entwickelt und erprobt werden.

In der studentischen Arbeit sollen mögliche Lösungskonzepte für die Konstruktion erarbeitet und praktisch evaluiert werden. Hierzu zählt der Aufbau eines FDM-Druckers, die Ansteuerung und Entwicklung neuer Hot-Ends, sowie die Erprobung von Druckparametern und die Dokumentation des Systems.

Inhalte:

• Konzipierung möglicher Lösungsansätze
• Erstellung eines FDM 3D-Druckers
• Praktische Evaluierung des gewählten Prozessaufbaus

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Modellierung des thermischen Verhaltens von Material-Hybrid Werkzeugen

Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll das thermische Verhalten eines neu entwickelten Material-Hybrid-Werkzeuges untersucht werden. Verzug oder Eigenspannungen aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten, das Erreichen der Aufweichungstemperatur von Faserverbundwerkstoffen sind bei Material-Hybriden Bauteilen von besonderer Bedeutung.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll das transiente Temperaturverhalten des Werkzeuges analysiert und modelliert werden. Hierzu sind mittels Ansys Workbench entsprechende Modelle zu entwickeln und an einem prototypischen Aufbau zu validieren.

Inhalte:

• Konzipierung möglicher Lösungsansätze
• Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens
• Praktische Validierung an einem Prototyp

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Zerspanungsprozessimulation für additiv hergestellte Leichtbauwerkzeuge

Die additive Fertigung wird immer häufiger dazu benutzt industriell eingesetzte Werkzeuge zu optimieren. Eine mögliche Optimierungsvariante ist die Reduktion der Ratterneigung lang auskragender Werkzeuge. Hierzu soll am Beispiel eines ausgesuchten Referenzwerkzeugs eine Zerspanungssimulation durchgeführt werden.

Bei Simulation von Zerspanprozessen werden zur Beschreibung des Materialverhaltens von metallischen Werkstoffen Materialmodelle benötigt, durch die ein realer Prozess möglichst genau simulativ abgebildet werden soll. Dazu werden eine Vielzahl von Materialmodellen verwendet, die zumeist auf empirischen oder analytischen Ansätzen basieren.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll der Zerspanprozess unter Variation verschiedener Parameter simuliert werden, um Rückschlüsse auf die resultierenden Kräfte und Schwingungen zu erhalten. Zusätzlich sollen verschiedene Materialkombinationen, hinsichtlich der kritischen Zustände, untersucht werden.

Inhalte:

• Aufbau einer Zerspanungssimulation
• Parameterstudie
• Praktische Evaluierung des Modells anhand eines Prototypen

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung eines Prüfstandes zur Erprobung von autarken Sensor- und Aktor-Konzepten

Für ein Forschungsprojekte im Bereich der sensorintegrierten Werkzeugspannung sollen mehrere Sensor- und Aktor-Konzepte zur Prozessüberwachung und -regelung entwickelt und untersucht werden. Dabei soll ein einstellbarer Systemdruck überwacht und bei Bedarf nachgeregelt werden. Dazu soll zunächst ein entsprechendes Sensorik-Konzept entwickelt, ausgelegt und anschließend getestet werden. Hierfür ist die dazu notwendige Datenerfassung bzw. Datenübertragung mittels Mikrocontroller zu erarbeiten und zu testen. Des Weiteren soll in der studentischen Arbeit ein erstes Aktor-Konzept zur Regelung des Systemdrucks konzipiert und anschließenden in Versuchen untersucht werden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

• Möglichst geringe Baugröße (Sensorik, Aktorik etc.)
• Autarker Betrieb (Batteriebetrieb)
• Datenübertragung (WiFi/Funk/Bluetooth)
• Einfache Auswertung der generierten Sensordaten
• Kostengünstige Sensorik- und Aktorik-Komponenten
• Kontinuierliche Spannüberwachung und -regelung

Die Arbeit beginnt mit der Recherche und anschließenden Konzeptionierung des Systems sowie Auswahl der entsprechenden Komponenten. Im Anschluss sind verschiedene Sensoren und Aktoren im Systemverbund zu testen und mit Referenzmesssystemen zu vergleichen.

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Gesuchte Studienrichtungen: mechatronik, mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: Programmierkenntnisse von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang: Bearbeitungsfrist 5 - 6 Monate

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier / Jonas Duntschew, M. Sc.

 

Energy Harvesting – Innovative Energiegewinnung für Spannsysteme

Sensorische Systeme in Werkzeugmaschinen erfordern Energie zur Stromversorgung. Diese Energie kann über Leitungen von einem Netzteil im Schaltschrank oder von Akkumulatoren bzw. Batterien dezentral vor Ort geliefert werden. Dies ist aber nicht immer sinnvoll, da insbesondere die Nutzungsdauer beschränkt ist oder Energieübertragung in bewegten Maschinenelementen zu weiteren Schwierigkeiten führen kann.

In Werkzeugmaschinen hat man jedoch immer Antriebe mit Leistungsüberschuss. Auch Wärme entsteht im Zerspanprozess so viel, dass sie schnell abgeführt werden muss. So kann man beispielsweise über Dynamos oder andere Ansätze leicht Energie gewinnen bzw. „ernten“. In der Technik ist daher der Begriff Energy Harvesting entstanden, der diesen Vorgang trefflich beschreibt.

Anhand von allgemeinen Recherchen möglicher Energiequellen insbesondere in Werkzeugmaschinen mit Bestimmung der technischen Parameter Leistung, Spannung, Strom und Energiespeicher/-pufferung sind die Formen der Energiegewinnung zu ermitteln und zu beurteilen. Mit einem ausgewählten Beispiel (näheres im pers. Gespräch) ist dann eine praktische Anwendung zu entwickeln, zu konstruieren und umzusetzen.

Die Bearbeitung setzt sich aus folgenden Teilaufgaben zusammen:

• Stand der Technik, incl. Recherche bereits umgesetzter Energy Harvester in Werkzeugmaschinen
• Ermittlung von Ein- und Ausgangsparameter für den Anwendungsfall
• Aufnahme und Beschreibung der weiteren Randbedingungen für die Entwicklung (Anforderungsliste)
• Konzepte zur Lösungsfindung, Bewertung der Konzepte
• Ausarbeitung und Umsetzung des ausgewählten Konzepts
• Tests und Validierung der Entwicklung.

Die Arbeit ist sowohl für Mechatroniker als auch für Maschinenbauer und ähnliches mit dem Schwerpunkt Konstruktion geeignet. Nähere Einzelheiten gerne bei den Betreuern: Dipl.-Ing. Walther Maier / M. Sc. Patrick Georgi

 

Simulation des Kaltsägeprozesses von Titan

Im Rahmen dieser Arbeit wird der Kaltsägeprozess von Titan simulativ untersucht. Dies beinhaltet das Recherchieren von Prozessgrößen und das simulative Ermitteln von Kräften, Spanformen sowie von Temperaturen unter dem Einsatz von Kühlmittel.

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zu den Grundlagen der Zerspanungstechnik und zum Stand der Technik bezüglich der Simulation des Kaltsägeprozesses. Anschließend wird in der Simulationssoftware ABAQUS ein Modell eines Kaltsägeprozesses aufgebaut. Zum Einsatz kommt hierbei der Coupled-Eulerian-Lagrangian-Ansatz.

Ziel der Arbeit ist die gekoppelte simulative Abbildung der Teilmodelle der Spanbildung und der Strömungscharakteristik. Zum Abgleich der Simulation werden am Linearprüfstand des IfWs Versuche durchgeführt.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

 

Untersuchung des Kaltsägeprozesses von Titan

Im Rahmen dieser Arbeit wird der Kaltsägeprozess von Titan experimentell untersucht. Dies beinhaltet das Recherchieren von Prozessgrößen und das experimentelle Ermitteln von Kräften, Spanformen sowie von Temperaturen unter dem Einsatz von Kühlmittel.

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zu den Grundlagen der Zerspanungstechnik und zum Stand der Technik bezüglich dem Kaltsägeprozess. Anschließend werden an einem Prüfstand des IfWs die Sägeversuche geplant und durchgeführt. Dies beinhaltet die Messung von Kräften, der Temperaturen und einer Auswertung der Spanformen.

Zum Einsatz kommen unter anderem eine Hochgeschwindigkeitskamera, ein 2-Farben-Pyrometer und eine Thermografiekamera. Ein besonderes Augenmerk gilt zusätzlich der Analyse der Strömungscharakteristik im geschlossenen Spanraum und beim Austritt der Sägezähne aus dem Werkzeug. Dies wird mittels der Zugabe von Tracerpartikeln in die Kühlflüssigkeit ermöglicht.

Betreuer: M. Sc. Christian Menze

Programmierung einer Steuersoftware zur Scanning-Laservibrometrie

Die Laser-Scanning-Vibrometrie ist ein schnelles, bildgebendes Verfahren zur berührungslosen Messung von Schwingungen. Um ein am IfW vorhandenes Scanning-System flexibel bei verschiedenen Applikationen einsetzen zu können, soll für die Scanning-Einheit ein universelles Ansteuerprogramm entwickelt werden. Kenntnisse in der Programmiersprache C/C++/Visual C++ und in Matlab sind Vorraussetzung für das Vorhaben. 

Auch als Masterarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Braun

Optimierung einer bildbasierten Objekterkennung mithilfe von künstlicher Intelligenz

Im Rahmen dieser Arbeit soll ein bestehendes Modell zur Echtzeiterkennung von Objekten weiterentwickelt. Hierfür kommt eine Kamera zum Einsatz, welche an einen NVIDIA Jetson angeschlossen wird.

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zu den Grundlagen der künstlichen Intelligenz in der Bildverarbeitung. Den Hauptteil der Arbeit bildet die Weiterentwicklung des Modells zur automatischen Objekterkennung in unterschiedlichen Szenarien.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik der künstlichen Intelligenz in der Bildverarbeitung
•  Weiterentwicklung eines Modells (PyTorch) zur automatischen Objekterkennung
• Experimentelle Versuchsreihen
• Optimierung des Modells
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: Kenntnisse im Bereich KI von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360 h

Ansprechpartner/-in: M. Sc. Jonas Duntschew

 

Einfluss von Herstelltoleranzen auf den Unwuchtzustand von Werkzeugen

Durch Toleranzen in der Herstellung und den Einspannprozess treten Abweichungen der Schaftachse von der Rotationsachse am Werkzeug auf.

Mittels simulativer Parameterstudien sollen diese Abweichungen für verschiedene Werkzeuge abgebildet und deren Einfluss auf das Rotorverhalten der Werkzeuge untersucht werden.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Durchführung simulativer Parameterstudien
• Auswertung der Ergebnisse und Bewertung der Lösungen
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich oder ab WS 22/23
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360h / 5 Monate

Ansprechpartner/-in: Dipl.-Ing. Matthias Schneider, M. Sc. Jonas Duntschew

 

Entwicklung eines adaptiven Absaugsystems

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept eines adaptiven Absaugsystems entwickelt. Dies baut auf bereits am IfW bestehende Studien auf.  

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zu den Grundlagen der Zerspanungstechnik und zum Stand der Erkenntnisse der Absaugtechnik an holzbearbeitenden Werkzeugmaschinen. Den Hauptteil der Arbeit bildet die Ausarbeitung von mechanischen und elektrischen bzw. pneumatischen Teilkomponenten des Absaugsystems. Im Rahmen von Versuchsstudien sollen bspw. unterschiedliche Antriebskomponenten und Maschinenelemente auf deren Eignung für das Absaugsystem untersucht werden. Über die Untersuchung mechanischer Komponenten hinaus soll auch eine steuerungstechnische Betrachtung hinsichtlich einer Weiterentwicklung des derzeitigen Systems erfolgen.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik der Späneerfassung
• Entwicklung mechanischer Konzepte für eine adaptive Absaughaube
• Bewertung der Konzeptstudien
• Aufbau von Versuchsaufbauten zur Untersuchung mechanischer Teilkomponenten
• Bewertung der Teilkomponenten
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360h / 5 Monate

Ansprechpartner/-in: Dipl.-Ing. Matthias Schneider

 

Entwicklung einer steuerungstechnischen Umgebung für adaptives Absaugsystem

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Konzept einer steuerungstechnischen Umgebung für ein adaptives Absaugsystem entwickelt. Dies beinhaltet die Verbindung bzw. Kommunikation zwischen der Maschinensteuerung und einem Prototypen eines Absaugsystems am IfW.  

Den Beginn der Arbeit bildet eine Literaturrecherche zu den Grundlagen der Steuerungstechnik und zum Stand der Erkenntnisse der Absaugtechnik an holzbearbeitenden Werkzeugmaschinen. Den Hauptteil der Arbeit bildet die Ausarbeitung eines steuerungstechnischen Konzepts zur Einbindung eines adaptiven Absaugsystems in die Maschinensteuerung einer Werkzeugmaschine.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zur Einbindung externer Steuerungsmodule
• Entwicklung eines steuerungstechnischen Konzepts für eine adaptive Absaughaube
• Bewertung der Konzeptstudien
• Aufbau / Programmierung eines Versuchsaufbaus zur Untersuchung der Umsetzbarkeit
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360h / 5 Monate

Ansprechpartner/-in: Dipl.-Ing. Matthias Schneider

Entwicklung eines Materialmodells für die Simulation quasi 2-dimensionaler Zerspanprozesse von CMC

Ceramic Matrix Composites (CMC) sind eine noch recht junge Werkstoffklasse, deren wichtigste Eigenschaften die hohe Bruchzähigkeit und Schadenstoleranz unter thermischer und mechanischer Belastung im Vergleich zum monolithischen, keramischen Werkstoff sind.

Angelehnt an ein aktuelles Forschungsvorhaben sollen die Wirkzusammenhänge zwischen Werkstoff-, Werkzeug- und Prozessparametern bei der Zerspanung von CMCs untersucht werden. Obwohl moderne CMCs mit quasiduktilen Eigenschaften aufwarten, birgt das komplexe Materialverhalten große Herausforderungen bei Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide.

Aus diesem Grund werden FE-basierte Zerspansimulationen zur Betrachtung der Zusammenhänge während der Bearbeitung eingesetzt. Für aussagekräftige Simulationen sind allerdings exakte Materialmodelle notwendig, welche das Verhalten des realen Werkstoffs abbilden.

Das Ziel der Studien-/Bachelorarbeit ist die Entwicklung und Optimierung eines geeigneten Materialmodells zur Simulation quasi 2-dimensionaler Zerspanprozesse.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Einarbeitung in eine geeignete Simulationsumgebung (DEFORM, Abaqus)
• Entwicklung und Optimierung eines Materialmodells für CMCs
• Aufbau einer 2D-Zerspansimulation
• Validierung der Simulation anhand von Versuchen im Orthogonalschnitt
• Auswertung der Ergebnisse
• Erstellen der Dokumentation

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360 h / 5 bzw. 6 Monate

Ansprechpartner/-in: M. Sc. Maximilian Rapp

 

Untersuchung neuartiger Schneidwerkstoffe für die CFK-Bearbeitung

Die derzeit in der Luftfahrt- und Automobilbranche verwendeten kohlefaserstoffverstärkten Kunstoffe bestehen aus einem Verbund von Matrix und Kohlenstofffasern. Während die Fasern die Aufgabe haben die mechanischen Lasten am Verbund zu übernehmen sorgt die Matrix dafür, dass die Faser in der gewünschten geometrischen Anordnung bleibt. Ebenso unterschiedlich wie der Aufbau ist das Verhalten beim Zerspanen der beiden Werkstoffe. Während auf einer Seite die Fasern sehr abrasiv und zugfest sind, ist die Matrix im Vergleich dazu weich und besitzt einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt.

Ziel der Studien-/Bachelorarbeit ist die grundlagenbasierte Untersuchung, Charakterisierung und messtechnische Erfassung und Bewertung des Verschleißverhaltens von neuartigen Schneidwerkstoffen beim Zerspanen von CFK mittels Kreissägen.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Durchführung experimenteller Untersuchungen
• Auswertung der Ergebnisse und Bewertung der Lösungen
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich oder ab WS 22/23
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360h / 5 Monate

Ansprechpartner/-in: Dipl.-Ing. Matthias Schneider, M. Sc. Maximilian Rapp

 

Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Spannsystemen

Neben der geometrischen Gestalt hängt das dynamische Werkzeugverhalten auch von den Kontaktverhältnissen an Fügestellen an Werkzeugen ab. Hierbei liegen, je nach verwendetem Spannsystem, unterschiedliche Kontaktverhältnisse vor.

In Experimenten sollen das dynamische Schwingungsverhalten für verschiedene Spannfutter und Werkzeuge untersucht werden. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend in ein Simulationsmodell integriert werden.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst die folgenden Aufgabengebiete:

• Literaturrecherche zum Stand der Technik
• Durchführung experimenteller Untersuchungen
• Integration der Erkenntnisse in ein Simulationsmodell
• Auswertung der Ergebnisse und Bewertung der Lösungen
• Dokumentation der Ergebnisse

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich oder ab WS 22/23
Notwendige Vorkenntnisse: keine
Zeitlicher Arbeitsumfang: 360h / 5 Monate

Ansprechpartner/-in: Dipl.-Ing. Matthias Schneider, M. Sc. Maximilian Rapp

Auswahl eines Maschinenkommunikationsprotokolls zur Anbindung einer WZM und proof of concept

Um im modernen Fertigungsumfeld agil produzieren zu können, ist die Anbindung der Maschine in übergeordnete Produktionsleitsysteme unabdingbar. Dazu bedient man sich mehrerer Schnittstellen in der Steuerung der Maschine, um diese an das Firmennetz anzuschließen. Im Zuge der Arbeit soll ein Fünfachs-Bearbeitungszentrum an das Institutsnetz angeschlossen werden, um Maschinendaten (z. B. Drehzahl) auszulesen.

Dabei ist eine umfassende Recherche zu verschiedenen Kommunikationsprotokollen durchzuführen und diese zu vergleichen. Basierend auf verschiedenen Bewertungspunkten soll eine geeignete Lösung ausgewählt werden, die sich auf den Maschinenpark des Instituts übertragen lässt. Eine Versuchsreihe soll zeigen, dass das Konzept funktioniert, indem gemessene Werte mit Daten aus der Anbindung verglichen werden sollen.

Beginn der Arbeit: 01.02.2022
Gesuchte Studienrichtungen: Maschinenbau o. ä. 
Notwendige Vorkenntnisse: IT-Affinität, allg. Programmierkenntnisse u. U. von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang:   360 h / Bearbeitungsfrist 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Tim Reeber, M. Sc. Patrick Georgi

 

Charakterisierung des Schleifprozesses durch Implementierung von Messsystemen

In Kooperation mit einem Industriepartner soll der Nutenschleifprozess hinsichtlich des Einsatzes von Prozessüberwachungstechniken untersucht werden. Ziel ist es den Schleifprozess zu begleiten und messdatenabhängige Zustandsbeschreibungen auszuarbeiten. Dabei sind sowohl maschineninterne als auch externe Messdaten zu untersuchen.

Der Inhalt der studentischen Arbeit umfasst insgesamt die folgende Aufgabengebiete:

• Allgemeine Analyse der Anforderungen an einen Schleifprozess (Wirkzusammenhänge/Randbedingungen)
• Festlegen des Prüfszenarios / Auswahl der Messtechnik
• Durchführung der Versuchsreihen
• Datenauswertung / Test verschiedener Filtermöglichkeiten
• Identifikation möglicher Prozesszustandsbeschreibungen
• Aufbau einer datenbasierten Zustandsbeschreibung

Beginn der Arbeit: ab sofort
Gesuchte Studienrichtungen: mechatronik, mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: Programmierkenntnisse von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang: 900 h / 6 Monate

Betreuer: M. Sc. Jonas Duntschew

Aufbau einer Datenbank und Analyse von materialspezifischen Prozessparametern beim Metall 3D Druck

Beim Metall 3D Druck werden feine Schichten Metallpulver durch einen Laser aufgeschmolzen. Durch die Wiederholung dieses Prozesses über mehrere Schichten können komplexe Bauteile erzeugt werden. Hierzu sind die Prozessparameter (z.B. Laserleistung und Geschwindigkeit) von entscheidender Bedeutung. Von diversen Herstellern von AM Anlagen, sowie in der Literatur können hierzu eine Vielzahl an unterschiedlichen Parametersätzen gefunden werden. In dieser Arbeit sollen nun diese Parametersätze gesammelt, geordnet und logisch verknüpft werden. Neben der Analyse der gesammelten Daten sollen diese auch durch experimentelle Versuche an einer unserer AM Anlage verifiziert werden. 
Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik
• Recherche und Auswahl einer geeigneten Datenbank
• Strukturierung und Aufbau der Datenbank
• Recherche zu entsprechenden Datensätzen und Befüllung der Datenbank
• Dokumentation der Datenbankstruktur

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Untersuchung der Herstellbarkeit von porösen Strukturen im Metall 3D Druck (Fokus: Zerspanung)

Beim Metall 3D Druck werden feine Schichten Metallpulver durch einen Laser entlang von einzelnen Bahnen aufgeschmolzen. Durch die Wiederholung dieses Prozesses über mehrere Schichten können komplexe Bauteile erzeugt werden. Durch die Anpassung der Bahnen können auch gezielt poröse Strukturen hergestellt werden. In dieser Arbeit sollen daher unterschiedliche Herstellungsstrategien von porösen Strukturen im additiven Prozess Laser Powder Bed Fusion (LPBF) untersucht werden.
Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik
• Recherche zu den Herstellungsstrategien von porösen Strukturen
• Auswahl und Katalogisierung der verschiedenen Strategien
• Herstellung von Probekörpern
• Untersuchung der Probekörper hinsichtlich des internen Aufbaus
• Dokumentation der Ergebnisse

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Entwicklung von maßgeschneiderten Supportstrukturen für die zerspanende Nachbearbeitung (Fokus: Zerspanung, Konstruktion)

Mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) können sehr komplexe Bauteile hergestellt werden. Jedoch müssen Überhängende Flächen mit s.g. Supportstrukturen versehen werden. Diese sind müssen weitestgehend spanend entfernt werden, sind jedoch nicht dafür ausgelegt. Daher soll im Rahmen dieser studentischen Arbeit die Interaktion zwischen den Supportstrukturen aus der additiven Fertigung und der Prozessgrößen bei der Bearbeitung mittels einem Fräswerkzeuges untersucht werden. Um Rückschlüsse auf die Bearbeitungsqualität ziehen zu können, werden die Prozessgrößen beim Fräsen überwacht und mit der erzeugten Oberflächenqualität verglichen. 
Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik 
• Versuchsplanung (DOE) und additive Herstellung von Probekörpern. 
• Durchführung von Zerspanversuchen (Fräsen) und Analyse dieser hinsichtlich der Interaktion von Supportstrukturen auf das Spanverhalten
• Analyse und Bewertung, sowie Dokumentation der Ergebnisse

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Entwicklung eines Recoaters für einen Metall 3D Drucker. 

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Da diese Technologie noch vergleichsweise neu ist, besitzen die eingesetzten Anlagen einige Verbesserungspotentiale. In dieser Arbeit soll das sogenannte „Recoating System“ näher betrachtet werden. Hierbei handelt es sich um eine Art Rakel, der das Metall Pulver für jede Schicht aufbringt. Kleine Störungen des Prozesses führen dazu, dass das Pulver nicht gleichmäßig aufgetragen ist und somit zu einem Prozessabbruch.
Die Verbesserung dieses Systems ist daher das Ziel dieser Arbeit und sie gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte: 

• Recherche und Bewertung zu eingesetzten Recoater Systemen
• Identifikation von Verbesserungspotentialen
• Katalogisierung der recherchierten Ergebnisse nach ausgewählten Kriterien und Erzeugung eines Lastenheftes
• Konstruktion eines neuen Recoater Systems
• Herstellung des Systems
• Dokumentation der Ergebnisse

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher
 

Untersuchung der Interaktion von Prozessparametern von additiv hergestellten Bauteilen auf die fräsende Bearbeitung

Mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) können sehr komplexe Bauteile hergestellt werden. Funktionsflächen müssen jedoch weitestgehend spanend nachbearbeitet werden. Dabei soll im Rahmen dieser studentischen Arbeit die Interaktion zwischen den Parametern der additiven Fertigung, der geometrischen Auslegung des Werkstücks und der Prozessgrößen bei der Bearbeitung mittels eines Fräswerkzeugs untersucht werden. Um Rückschlüsse auf die Bearbeitungsqualität ziehen zu können, werden die Prozessgrößen beim Fräsen überwacht und mit der erzeugten Oberflächenqualität verglichen.
Der Umfang dieser Arbeit beruht auf folgende Anforderungen: 

• Bearbeitung von additiv hergestellter Bauteile aus Stahl 
• Variation der Bearbeitungsstrategien 
• Fräsprozessüberwachung (Kraft, Beschleunigung und Akustik) 

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

• Einarbeitung in die Thematik
• Versuchsplanung (DOE) und additive Herstellung von Probekörpern. 
• Durchführung von Zerspanversuchen (Fräsen) und Analyse dieser hinsichtlich der Interaktion von AM Parametern auf das Spanverhalten
• Analyse und Bewertung Ergebnisse

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Additiv-subtraktive Fertigung dünnwandiger Stahlbauteile.

Das Laser Powder Bed Fusion Verfahren (LPBF) ist ein gängiges Verfahren zur additiven Fertigung von metallischen Bauteilen. Beim LPBF Prozess werden die Bauteile auf eine Substratplatte aufgebaut. Anschließend muss das gedruckte Teil von der Platte abgetrennt und nachbearbeitet werden. Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts soll ein dünnwandiges Bauteil gedruckt, abgetrennt und mittels Bohrprozesses nachgearbeitet werden

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte:

• Literaturrecherche zum additiv-subtraktiven Fertigungsverfahren
• Additive Fertigung der Testbauteile mittels LPBF-Prozesses
• Spanende Nachbearbeitung: Abtrennen von Bauteilplattform, Entfernung der Stüztstrukturen, Aufbohren
• Entwicklung und Fertigung der Klemmsysteme für spannende Nachbearbeitung, Ermittlung der Prozesskräfte und Schwingungen
• Ermittlung der geometrischen Abweichungen von gefertigten Bauteilen vor- und nach der Bearbeitung

Beginn der Arbeit: ab sofort

Notwendige Vorkenntnisse: CNC-Praktikum

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler, Dr.-Ing. Dina Becker

 

Entwicklung eines additiv-subtraktiv gefertigten Sägebandführungssystems

Häufig ist das Sägen der erste Fertigungsschritt in der Metallverarbeitung. Aufgrund von unzureichender Schnittqualität wird hier jedoch Aufmaß gelassen, welches später mit anderen Verfahren abgetragen werden muss. Dabei hat vor allem das Schwingverhalten und die Stabilität des Sägebandes einen großen Einfluss auf die erreichbare Schnittqualität. Um diese zu beeinflussen soll in dieser Studien- /Masterarbeit ein additiv-subtraktiv gefertigten Sägebandführungssystem entwickelt und getestet werden. Als additives Prozessverfahren zur Herstellung von solchen Systemen ist dabei das Laser-Powder-Bed-Fuision-Verfahren (LPBF) von großem Interesse.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Arbeitspunkte*:

• Literaturrecherche a) Sägebandführungen, b) LPBF-Konstruktionselemente
• Entwicklung des Sägebandführungssystems
• Additive Fertigung der Testbauteile (LPBF-Verfahren) mit anschließender spanender Bearbeitung
• Test des entwickelten Sägebandführungssystems auf einer Sägemaschine

*) Ausführliche Information beim Treffen mit Ansprechpartnern

Beginn der Arbeit: ab sofort

Ansprechpartner: M.Sc. Tobias Tandler, Dr.-Ing. Dina Becker

 

Parameterstudie über den Einfluss verschiedener Druckparameter im FDM 3D-Druck

Die Bauteilqualität der additiven Fertigung ist von unterschiedlichsten Faktoren abhängig. Um einen erfolgreichen Druck zu erhalten sind sowohl Bauteilausrichtung, Stützstrukturen, die Bauteilgeometrie aber auch der Druckprozess mit unzähligen Parametern zu beachten.

Im Rahmen dieser studentischen Arbeit soll ein Leitfaden für verschiedenste Druckanwendungen erstellt werden. Hierzu sind Parameterstudien mit unterschiedlichsten Bauteilen und Prozesseinstellungen durchzuführen.

Inhalte:

• Entwicklung einer geeigneten Versuchsplanung
• Untersuchung des Druckprozesses
• Erstellung eines Leitfadens für den 3D-FDM-Druck

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Konstruktion und Aufbau einer Filament-Recycling und Mischanlage für Kunststofffilamente

Die additive Fertigung ist ein industrieller Megatrend der heutigen Zeit. Sie verändert nicht nur die klassischen Möglichkeiten der Fertigung, sondern auch die Art und Weise, wie Produkte entworfen werden. Daher führt dieses Verfahren aufgrund der großen gestalterischen Freiheit zu tiefgreifenden Veränderungen im Design zukünftiger Bauteile.

Diese gestalterische Freiheit führt auf der anderen Seite aber auch zu einer größeren Menge an Stützstrukturen, Prototypen oder Fehldrucken. Um diesen Abfall zu verringern ist es das Ziel dieser Arbeit, das Material wieder dem Herstellungsprozess in Form von recyceltem Filament zuzuführen.

Inhalte:

• Konstruktion der Anlage bestehend aus Schredder, Mischer, Extruder, Kühlung und Wickelvorrichtung
• Inbetriebnahme der Anlage
• Bestimmung der Prozessparameter
• Analyse des recycelten Filaments

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle

 

Entwicklung und Konstruktion eines 3D-Druckers für Hochleistungspolymere

Die additive Fertigung wird längst nicht mehr nur für die Herstellung von Prototypen oder Demonstratoren verwendet. Sie eignet sich unter anderem für die Produktion komplexer Geometrien individualisierter Produkte. In den letzten Jahren haben die Materialvielfalt und die verschiedenen Verfahrensprinzipien stark zugenommen, dabei werden auch immer häufiger Hochleistungspolymere eingesetzt, wie beispielsweise PEEK. Letztere stellen auf Grund ihres Materialverhaltens häufig noch eine Herausforderung für die additive Fertigung dar, sind jedoch zugleich eine wichtige Materialgruppen in der Medizintechnik und neuerdings auch im Maschinenbau. Um komplexe Geometrien additiv herstellen zu können soll deshalb die Hardware eines FDM-Druckers entwickelt und erprobt werden.

In der studentischen Arbeit sollen mögliche Lösungskonzepte für die Konstruktion erarbeitet und praktisch evaluiert werden. Hierzu zählt der Aufbau eines FDM-Druckers, die Ansteuerung und Entwicklung neuer Hot-Ends, sowie die Erprobung von Druckparametern und die Dokumentation des Systems.

Inhalte:

• Konzipierung möglicher Lösungsansätze
• Erstellung eines FDM 3D-Druckers
• Praktische Evaluierung des gewählten Prozessaufbaus

Betreuer: M. Sc. Kim Werkle