Masterarbeiten

Themenübersicht und Inhalte, geordnet nach Forschungsrichtung

Themen

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 einem Fräswerkzeuges 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 folgenden Anforderungen:

  • Bearbeitung von additiv hergestellter Bauteile aus diversen Metallen (Titan, Stahl und Edelstahl)
  • 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
  • Experimentelle Bestimmung des minimalen Aufmaßes
  • Erarbeitung von geeigneten Antaststrategien
  • Analyse und Bewertung der erarbeiteten Methodik

Beginn der Arbeit: ab sofort
Zeitlicher Arbeitsumfang: 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Implementierung eines autarken Sensorsystems zur Überwachung der additiv - subtraktiven Prozesskette

3D-gedruckte bzw. additiv hergestellte Bauteil benötigen oftmals eine mechanische Nachbearbeitung. Dabei werden individuelle Sensorkonzepte benötigt, um die Prozesszustände entlang der Prozesskette erfassen und dokumentieren zu können. Die Herausforderung besteht seitens der Sensorik, die richtigen Prozessbedingten Konfigurationen zu finden.
Im Umfang dieser studentischen Arbeit soll deshalb ein bereits bestehendes Sensorsystem weiterentwickelt werden, um dieses einerseits während des additiven Prozesses (LPBF) und andererseits in zerspanenden Prozessen (Fräsen und Sägen) einzusetzen.

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Sensoren im Systemverbund testen
  • Erarbeitung von Rutinen und deren Dokumentation der Datenaufzeichnung, -übertragung und -visualisierung
  • Additive Herstellung von Probekörpern auf unserem 3D Drucker
  • Spanende Bearbeitung (Fräsen und Sägen) und Einsatz des Messsystems im konkreten Anwendungsszenario
  • Detaillierte Auswertung der Daten
  • Analyse und Bewertung der erarbeiteten Messmethodik

Für die Umsetzungskonzepte stehen im Umfang der Forschungsprojekte mehrere Szenarien zur Verfügung.

Beginn der Arbeit: ab sofort
Gesuchte Studienrichtungen: mechatronik, mabau o. ä.
Zeitlicher Arbeitsumfang: 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Untersuchung der Wechselbeziehungen zwischen der additiven Fertigung und der Zerspanung mit bestimmter Schneide


Additive Fertigungsverfahren werden nicht mehr nur für Prototypen eingesetzt, sondern finden auch Eingang in die Produktion von Endprodukten. Mit der LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) können additiv Metallbauteile hergestellt werden, jedoch ist eine Nachbearbeitung bei diesen Bauteilen in der Regel nicht zu vermeiden, um ein optimales Endprodukt zu erhalten. Daher sind Kenntnisse des additiv hergestellten Rohteils und der Bearbeitungsmechanismen erforderlich.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit sollen deshalb die Wechselbeziehungen zwischen der additiven Fertigung und zerspanender Bearbeitung untersucht werden. Dazu sollen folgende Fragen beantwortet werden:

  • Welchen Einfluss haben Bauteilgeometrie, Ausrichtung, L-PBF Prozessparameter sowie die Aufbaustrategie auf die Materialeigenschaften?
  • Welchen Einfluss haben die genannten L-PBF Parameter auf die Zerspankräfte, Spanbildung und Oberflächenqualität?

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 auf das Material
  • Versuchsplanung (DOE) und Herstellung von Probekörpern
  • Auswahl und Aufbau geeigneter Messtechnik zur Überwachung der Zerspanversuche
  • Durchführung der Zerspanversuchen (orthogonaler Schnitt)
  • Auswertung der Messergebnisse und Untersuchung der Spanbildung und Oberflächenqualität

Beginn der Arbeit: ab sofort
Zeitlicher Arbeitsumfang: 5-6 Monate

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Mehrkörpersimulation – Entwicklung eines Schnittkraftmodells

Die Masterarbeit befasst sich mit der Weiterentwicklung eines bereits bestehenden Schnittkraftmodells, mit dem sich die wirkenden Zerspanungskräfte beim Sägen mit einer handgeführten Kreissäge rechnerisch ermitteln lassen. Zu der Handkreissäge liegt ein Mehrkörpersimulationsmodell vor, mit dem sich das dynamische Verhalten der Maschine beschrieben ist und in welchem das Schnittkraftmodell implementiert ist. Das erweiterte Schnittkraftmodell soll einen Schnittprozess hinsichtlich der dynamischen Kraftwirkung beschreiben und den Einfluss der zugrundeliegenden Wirkpaarung (Werkzeugschneide, Werkstück) zusammen mit der Schneidengeometrie der verwendeten Sägeblätter berücksichtigen.

Die Arbeit wird in Kooperation mit der Hilti Deutschland AG im Wesentlichen am Standort Kaufering durchgeführt.

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Recherche zum Stand der Erkenntnisse
  • Einarbeitung in das vorliegende Gesamtmodell
  • Erweiterung des Schnittkraftmodells
  • Durchführung von Zerspanversuchen zur Validierung des Schnittkraftmodells
  • Implementierung des erweiterten Schnittkraftmodells in das Mehrkörpermodell
  • Untersuchung von unterschiedlichen Systemparametern auf die Dynamik des Gesamtsystems

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Rocco Eisseler

 

Weiterentwicklung eines Energie- und Datenübertragungssystems für ein rotierendes Sensorintegriertes Werkzeug

Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der konstruktiven Weiterentwicklung eines Übertragungssystems als auch auf den Untersuchungen zur Energie- und Datenübertragung hinsichtlich der verwendeten Sensorik, Signalverarbeitung und -auswertung und der Schnittstellen. Das Übertragungssystem soll in eine Tiefbohrmaschine integriert werden. Der Versuchsaufbau ist experimentell zu untersuchen und somit eine sichere Energie- und Datenübertragung zu validieren.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Recherche zu den bestehenden Systemen
  • Gegenüberstellung der Übertragungskonzepte
  • Konstruktive Arbeiten
  • Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.
Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Entwicklung eines multisensorischen Ansatzes zur Temperaturbestimmung an der Werkzeugschneide

Zur Prozessüberwachung des Einlippentiefbohrens soll die Temperatur an der Schneidkante im Prozess gemessen werden.
Bei der Temperaturmessung können verschiedene Effekte zu Messfehlern führen, dazu gehören:

  • Änderung der thermischen Energiebilanz durch den Sensorkontakt
  • Wärmeableitungsfehler durch Kopplung des Temperatursensors zur Umgebung
  • Eigenerwärmung des Sensors

Durch eine geeignete Anordnung von mindestens 3 Sensoren in unterschiedlichen Abständen und eine Korrekturfunktion mit Differenzen der einzelnen Sensormesswerte sollen die Messfehler beseitigt werden.
Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der theoretischen Recherche und Konzeptentwicklung als auch auf der praktischen Umsetzung des Werkzeuges und experimentellen Untersuchungen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Konzeptentwicklung bzw. Weiterentwicklung bestehender Methoden
  • Umsetzung des Konzeptes
  • Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.
Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

 

Entwicklung eines sensorintegrierten Werkzeugs zur Schwingungsmessung beim Einlippentiefbohren

Zur Prozessüberwachung beim Einlippentiefbohren soll ein sensorintegriertes Werkzeug entwickelt werden. Dabei sollen die Torsionsschwingungen mit einem Beschleunigungssensor erfasst werden. Die erfassten Daten sollen zur Prozessregelung, sprich Anpassung der Schnittparameter und somit zur Optimierung der Oberflächengüte verwendet werden.
Der Fokus dieser Arbeit liegt sowohl auf der theoretischen Recherche und Konzeptentwicklung als auch auf der praktischen Umsetzung des sensorischen Werkzeugs und den experimentellen Untersuchungen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Abschnitte:

  • Literaturrecherche zum Stand der Technik
  • Konzeptentwicklung
  • Umsetzung des Konzeptes
  • Experimentelle Untersuchungen

Gesuchte Studienrichtungen: Mechatronik, Maschinenbau, Elektrotechnik und Informationstechnik o. ä.
Beginn der Arbeit: ab sofort

Betreuer: M. Sc. Robert Wegert

Entwicklung einer App oder einer Homepage zur Wissensvermittlung

Digitales Lernen, E-Learning bzw. computerbasierte webbasierte Lernformen sind Trends, die bereits vor der Corona Pandemie, die traditionellen Methoden des Lernens bzw. der Lehre zunehmend ergänzen und erweitern sollen. Mit einer App oder auf einer Homepage sollen Studierende und andere Nutzer einen Überblick über das Thema „Mechatronik der Werkzeugmaschinen“ vermittelt bekommen. Die zu entwickelnde App oder Homepage soll das Interesse an weiteren Inhalten, neuen Methoden und Hilfsmittel wir AR (Augmented -) /VR (Virtual Reality) oder ML (Machine Learning) zur Vertiefungen des Wissens im Kontext zur Werkzeugmaschine und der Zerspanung wecken. Eine Smartphone App oder eine Homepage ist im Rahmen der studentischen Arbeit zu projektieren, zu entwickeln und zu testen.

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

  • Recherche bereits bekannter vergleichbarer Apps/Homepages
  • Voraussetzungen für eine Plattform-Entwicklung
  • Konzipierung und Strukturierung einer App/der Plattform/der Homepage
  • Möglichkeiten der Interaktion
  • Umsetzung eines Schwerpunkts und die Programmierung von App-Bausteinen bzw. Seiten für die Homepage
  • Validierung der App bzw. der entwickelten Homepage

Die Arbeit eignet sich sehr gut für das Homeoffice in der Pandemiezeit, da Sie keine Geräte oder Versuchsequipment benötigt. Ein Interesse an der Digitalisierung, der Programmierung und/oder grafischen Anwendungen sollte natürlich vorhanden sein.

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

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

Topologieoptimierung mechanischer Strukturen

Im Rahmen einer studentischen Arbeit / Masterarbeit sollen die entscheidenden Komponenten einer in der Entwicklung befindenden mehrachsige Kraftmesseinrichtung am Institut mechanisch ausgelegt und optimiert werden. Mehrachsige Kraftmesseinrichtungen für Werkzeugmaschinen werden zur experimentellen Untersuchung der Zerspankraftkomponenten in unterschiedlichsten Versuchsanwendungen in der Industrie und an Forschungsinstituten eingesetzt. Ziele der studentischen Arbeit / Masterarbeit sind eine Reduktion des Gewichts bei Beibehaltung der Steifigkeit und der dynamischen Kennwerte wie der mechanischen Eigenfrequenzen und der dynamischen Nachgiebigkeit. Ferner muss die Herstellbarkeit und Montagefreundlichkeit der Komponenten berücksichtigt werden.

Interessen und Fähigkeiten:

  • Interesse an konstruktiven Aufgaben
  • FEM Berechnungen mit Optimierungstools wie der Topologieoptimierung
  • Software ANSYS und/oder Siemens NX (evtl. Solidworks als Basis).

Die Arbeit eignet sich sehr gut für das Homeoffice in der Pandemiezeit, sofern ein geeigneter PC/Laptop mit der o.g. Software zur Verfügung steht. Nähere Einzelheiten können wir gerne in einem persönlichen Gespräch diskutieren.

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

 

Augmented Reality für Werkzeugmaschinen

Augumented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) ermöglicht eine andere Art des Lernens: In ein Ereignis ganz tief eintauchen. Szenarien erleben statt bloß aufnehmen. Im Rahmen dieser Arbeit, sollen die Möglichkeiten der X-Reality für Werkzeugmaschinen erforscht und in einem noch auszuwählenden Scenario erprobt werden. Für die Durchführung und Erprobung stehen am IfW verschiedene AR-Brillen (Epson Moverio BT, Microsoft HoloLens 2) zur Verfügung.

Folgende Inhalte sollten erarbeitet werden:

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

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

Betreuer: Dipl.-Ing. Walther Maier

 

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: Dipl.-Ing. Walther MaierM. 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

 

Experimentelle Untersuchung des BASF-Metallfilamentes "Ultrafuse 326LX" für den 3D-Druck

Die additive Fertigung, umgangssprachlich 3D-Druck, gewinnt immer mehr an Bedeutung. Ob Medizintechnik, Maschinenbau oder für die private Nutzung, die Palette an verwendbaren Materialien wird stetig erweitert. Das Unternehmen BASF hat ein Sinterfähiges Metallfilament auf Basis eines PLA Grundstoffes entwickelt, welches im klassischen FDM-Verfahren verdruckt werden kann.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll dieses Material untersucht und entsprechende Druckparameter gefunden werden. Hierzu sind Probewerkstücke zu entwickeln welche vor und nach dem Sinterprozess untersucht werden sollen.

Inhalte:

  • Konzeption von Prüfwerkstücken
  • Bestimmung der Druckparameter (Parameterstudie)
  • Analyse der Bauteileigenschaften

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 MaierM. Sc. Patrick Georgi

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 Studienarbeit möglich.

Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Braun

Untersuchung neuartiger Schneidwerkstoffe für die CFK-Bearbeitung

Die derzeit in der Luftfahrt- und Automobilbranche verwendeten kohlefaserstoffverstärkten Kunstoffen 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 Faser sehr abrasiv und zugfest sind, ist die Matrix im Vergleich dazu weich und besitzt einen deutlich niedrigen 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.

Auch als Studienarbeit möglich. 

Betreuer: Dipl.-Ing. Matthias Schneider (M. Sc. Martin Kimmelmann)

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 eines Messaufbaus für die zerstörungsfreie Härteprüfung ferromagnetischer Werkstoffe

Um die Härteeigenschaften von Bauteilen in der Fertigung zu beurteilen, wird im Umfang des Forschungsbereiches Prozessüberwachung und –regelung ein neues Messsystem aufgebaut.

Im Umfang dieser Arbeit soll zunächst ein bereits konstruierter Messaufbau zusammengebaut, das Messsystem implementiert und in Betrieb genommen werden.  Anschließend sollen erste Messreihen und Auswertungen durchgeführt werden, sowie die Nutzenszenarien eines solchen Prüfstandes geprüft werden.

Auch als Studienarbeit möglich.

Betreuer: M. Sc. Jonas Duntschew

 

Grundlagenuntersuchung zur Werkzeugentwicklung bei handgeführten Sägewerkzeugen

In einem Gemeinschaftsprojekt zwischen der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung des Instituts für Werkzeugmaschinen und der Hilti Entwicklungsgesellschaft mbH, sollen die Grundlagen für die nächste Generation von Sägeblättern für das Säbelsägen untersucht werden.

Zu Beginn der Arbeit soll eine Recherche zum aktuellen Stand von Sägeblättern und Zahngeometrien sowie weiterer Merkmale für das Sägen von metallischen Werkstoffen durchgeführt werden. Anschließend soll anhand einer Ist-Analyse die aktuelle Generation von Sägeblättern untersucht werden. Hierzu soll die Zahngeometrie der aktuellen Werkzeuge mittels Einzahn-Zerspanprozessen untersucht und die auf die Standzeit Einfluss habenden Parameter (z. B. Verschleiß, Spanbildung) analysiert werden.

Im Anschluss an die Ist-Analyse soll der Zerspanprozess anhand eines Simulationsmodelles nachgebildet und anhand der Versuchsergebnisse verifiziert werden. Eine Einarbeitung in das einzusetzende Simulationsprogramm Abaqus kann während der studentischen Arbeit erfolgen. Ziel der Arbeit ist die Ableitung einer optimalen Zahngeometrie anhand der Simulation, welche die bestmögliche Kombination aus hoher Standzeit und hoher Performance bei möglichst niedriger Zerspankraft bietet.

Beginn der Arbeit: ab sofort möglich
Gesuchte Studienrichtungen: mabau o. ä.
Notwendige Vorkenntnisse: Simulationserfahrung von Vorteil
Zeitlicher Arbeitsumfang: 900 h, Bearbeitungsfrist 6 Monate

Betreuer: M. Sc. Patrick Georgi

 

Zerspanungssimulation zur Untersuchung von fertigungsbedingten Rauigkeiten an Werkstückoberflächen

Für ein Forschungsprojekt, der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung, sollen anhand einer Zerspanungssimulation verschiedene Prozessparameter (Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und Schnittbreite) und deren Einfluss auf die Werkstückoberfläche untersucht werden. Ziel der Arbeit ist die Erstellung eines Zerspanungssimulationsmodells für einen spezifischen Fräsprozess sowie der Abgleich der Ergebnisse mir realen Versuchsergebnissen.

Zunächst soll eine Recherche der aktuellen Literatur (Paper, Bücher, Dissertationen etc.) zum Thema Zerspanungssimulation durchgeführt werden. Des Weiteren soll eine Recherche zu den theoretischen Grundlagen der Zerspanung mittels Kugelkopffräser und dessen Besonderheiten durchgeführt werden. Hierbei sollen die mathematischen Beziehungen des Kugelkopffräsens erarbeitet werden. 

Im nächsten Schritt erfolgt eine Einarbeitungsphase in die zur Zielerreichung nötigen Simulationssysteme (Abaqus). Anschließend erfolgt die Modellbildung und die Simulation. Hierzu soll eine Versuchsmatrix erstellt werden, mit einer Variation von Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und Schnittbreite und Anstellwinkel des Werkzeuges.

Zum Ende der wissenschaftlichen Arbeit sollen die Ergebnisse der Zerspanungssimulation bewertet und mit realen Oberflächenrauheitskennwerten abgeglichen und das Zerspanungssimulationsmodells ggf. angepasst werden.

Ansprechpartner: M. Sc. Patrick Georgi

 

Entwicklung eines analytischen Prozessmodells für das Kugelkopffräsen

Für ein Forschungsprojekt der Forschungsgruppe Prozessüberwachung und -regelung sollen anhand eines analytischen Prozessmodells verschiedene Prozessparameter (Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und Schnittbreite) und deren Einfluss auf die Dynamik und die Zerspankraft untersucht werden. Ziel der Arbeit ist die Erstellung eines Modells für den spezifischen Fräsprozess zum späteren Abgleich der Ergebnisse mir realen Versuchsergebnissen.

Zunächst soll eine Recherche der aktuellen Literatur (Paper, Bücher, Dissertationen etc.) zum Thema Modellbildung durchgeführt werden. Des Weiteren soll eine Recherche zu den theoretischen Grundlagen der Zerspanung mittels Kugelkopffräser und dessen Besonderheiten durchgeführt werden. Hierbei sollen die mathematischen Beziehungen des Kugelkopffräsens erarbeitet werden.

Im nächsten Schritt erfolgt eine Einarbeitungsphase in die zur Zielerreichung nötigen Simulationssysteme (Matlab/Simulink o. LabVIEW). Anschließend erfolgt die Modellbildung und die Simulation. Hierzu soll eine Versuchsmatrix erstellt werden, mit einer Variation von Drehzahl, Vorschub, Schnitttiefe und Schnittbreite und Anstellwinkel des Werkzeuges.

Zum Ende der wissenschaftlichen Arbeit sollen die Ergebnisse des analytischen Prozessmodells bewertet und das Modell ggf. angepasst werden.

Ansprechpartner: M. Sc. Patrick Georgi

 

Kalibrierung einer 6-DOF-Kraftmessplatte mittels Machine Learning Algorithmen

Heute sind eine Vielzahl von Kraftmessplatten (KMP) am Markt erhältlich. Diese können zur Bestimmung der Bearbeitungskräfte unterschiedlichster Prozesse eingesetzt werden. Das Kalibrieren, also das Auffinden des Zusammenhangs zwischen den oft redundanten gemessenen Signalen und den tatsächlich wirkenden Kräften und Momenten, kann dabei mit konventionellen Methoden äußerst aufwändig werden.

Im Rahmen der hier vorgestellten studentischen Arbeit soll die Kalibrierung einer KMP, die in jeweils drei Freiheitsgraden Kräfte und Momente messen kann, mittels eines Machine Learning Ansatzes umgesetzt werden. Das Sammeln der hierzu benötigten Trainingsdaten hat bereits begonnen.

Es handelt sich um eine Arbeit, die viel Freiraum für eigene Ideen bietet und neben theoretischen Betrachtungen auch die Erprobung der selbst entwickelten Programme an einem realen System ermöglicht.

Was Sie mitbringen sollten:

  • Erste Programmiererfahrung in einer beliebigen Programmiersprache, idealerweise in Python
  • Interesse an KI / Machine Learning / Deep Learning
  • Selbstständige Arbeitsweise

Bei Interesse am Thema, zögern Sie nicht uns zu kontaktieren. Wir beantworten Ihnen gerne alle eventuellen Fragen. Da fast alle Arbeitspakete von zuhause aus durchgeführt werden können, ist diese Arbeit sehr gut fürs Homeoffice geeignet.

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

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 Verzug und dessen Berechnung
  • Entwicklung und Herstellung von geeigneten Probenkörpern
  • Vermessung der Proben
  • Prozesssimulation und vergleich mit den Messungen
  • Einfluss der Entfernung von Schichten bzw. Supportstrukturen

Mit Modifikationen auch möglich als Studienarbeit.

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

Entwicklung einer Methodik zur Identifikation von materialspezifischen Prozessparametern für den SLM Prozess

Die Anzahl und damit die Bedeutung additiv gefertigter Bauteile steigt ständig. Aufgrund der erreichbaren Bauteilkomplexität sind diese Verfahren oftmals der konventionellen Fertigung überlegen. In der laseradditiven Fertigung (SLM Prozess) wird ein pulverförmiger Grundwerkstoff durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen und das Bauteil schichtweise aufgebaut. Defizit dieser additiven Verfahren sind die Eigenschaften der Bauteile wie bspw. die Oberflächengüte und Dichte des Materials. Diese Eigenschaften können jedoch mit den Prozessparametern eingestellt werden. Momentan folgt die Entwicklung diese materialspezifischen Parameter keiner festgelegten Methodik.

Im Umfang dieser studentischen Arbeit soll deshalb eine Methodik erarbeitet werden, um für neue Materialien möglichst einfach und schnell ein Optimum der Prozessparameter zu finden. Ausgangspunkt sind dabei folgende grundlegende Anforderungen:

  • Simulationsgestütztes Vorgehen
  • Möglichst geringer Aufwand (Versuchsplanung)

Die Arbeit gliedert sich daher in folgende Arbeitsschritte:

  • Einarbeitung in die Thematik
  • Recherche zu den Einflussgrößen beim SLM Prozess
  • Katalogisierung der recherchierten Ergebnisse nach ausgewählten Kriterien unter Rücksprache mit dem Betreuer
  • Entwicklung eines Flussdiagramms zur Durchführung der Prozessparameter Identifikation
  • Durchführung von Prozesssimulationen zur Parameteridentifikation
  • Versuchsplanung (DOE) und Herstellung von Probekörpern
  • Anwendung und Dokumentation der erarbeiteten Methodik
  • Automatisierte Auswertung der Messdaten

Beginn der Arbeit: ab sofort
Notwendige Vorkenntnisse: keine

Betreuer: M. Sc. Clemens Maucher

 

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

 

Experimentelle Untersuchung des BASF-Metallfilamentes "Ultrafuse 326LX" für den 3D-Druck

Die additive Fertigung, umgangssprachlich 3D-Druck, gewinnt immer mehr an Bedeutung. Ob Medizintechnik, Maschinenbau oder für die private Nutzung, die Palette an verwendbaren Materialien wird stetig erweitert. Das Unternehmen BASF hat ein Sinterfähiges Metallfilament auf Basis eines PLA Grundstoffes entwickelt, welches im klassischen FDM-Verfahren verdruckt werden kann.

Im Rahmen der studentischen Arbeit soll dieses Material untersucht und entsprechende Druckparameter gefunden werden. Hierzu sind Probewerkstücke zu entwickeln welche vor und nach dem Sinterprozess untersucht werden sollen.

Inhalte:

  • Konzeption von Prüfwerkstücken
  • Bestimmung der Druckparameter (Parameterstudie)
  • Analyse der Bauteileigenschaften

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

 

 

Hinweise und Richtlinien

Informieren Sie sich vor Beginn der Arbeit über die Regeln

Hinweise und Richtlinien

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