Aktualisiert: 2023-07-03
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-07-02
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-06-13
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-06-12
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Das Verhältnis zwischen Eigenschaften kleiner, geometrisch primitiver Laborproben und den Eigenschaften realer, geometrisch komplexer Werkstücke bei der Fertigung mittels pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (L-PBF) ist bis heute nicht geklärt. Hier knüpft die vorliegende Arbeit an. Sie untersucht die prozess- und geometrieinduzierte Wärmeakkumulation beim L PBF experimentell am Beispiel einer austenitischen Stahllegierung.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Diese Arbeit dient der Evaluierung von Einflussfaktoren der additiven Fertigung auf das lokale Gefüge sowie die Kavitationserosionsbeständigkeit des korrosionsbeständigen austenitischen Stahls 316L. Dazu wird die Mikrostruktur-Eigenschaftskorrelation von mittels Selektivem Laserschmelzen (SLM) und Generativem Laserauftragschweißen (LMD) gefertigten Gefügen näher beleuchtet. Die Beurteilung der Kavitationserosionsbeständigkeit erfolgt basierend auf der Beobachtung des erosiven Schadensbildes, der numerisch gestützten und experimentellen Erhebung der plastischen Verformung, der Ausbildung von Eigenspannungen sowie anhand des erosiven Masseverlustes während der Ultraschallkavitationsprüfung. Ausgehend von den Ergebnissen ist ein potenzieller Einsatz mittels SLM sowie LMD hergestellter Komponenten in kavitationsbeanspruchten Umgebungen hinsichtlich der lokalen Gefügeeigenschaften ohne signifikante Leistungseinbußen möglich, sofern eine vorherige Optimierung der Oberflächenrauheit erfolgt.
Aktualisiert: 2023-02-16
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Das Verhältnis zwischen Eigenschaften kleiner, geometrisch primitiver Laborproben und den Eigenschaften realer, geometrisch komplexer Werkstücke bei der Fertigung mittels pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzens (L-PBF) ist bis heute nicht geklärt. Hier knüpft die vorliegende Arbeit an. Sie untersucht die prozess- und geometrieinduzierte Wärmeakkumulation beim L PBF experimentell am Beispiel einer austenitischen Stahllegierung.
Aktualisiert: 2023-03-31
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Der Einsatz von Neodym-Eisen-Bor (NdFeB)-Magneten in elektrischen Maschinen ermöglicht die Realisierung von leistungsfähigen Windkraftgeneratoren oder Antrieben moderner Elektrofahrzeuge mit hohem Wirkungsgrad und legt damit die Grundlage für die Energie- und Mobilitätswende. Aber auch in Lautsprechern, Smartphones oder Sensoren dient NdFeB dazu, die Funktionsfähigkeit der Applikation bei minimalem Bauraum zu gewährleisten. Die Herstellung von leistungsfähigen NdFeB-Magneten erfolgt industriell in pulvermetallurgischen Verfahren wie dem Sintern oder kunststoffgebunden. Dabei ist die Formgebung der Magnete mit Blick auf die Entformbarkeit eingeschränkt und die Produktion mit hohem zeitlichen Vorlauf für die Werkzeugherstellung verbunden. Die vorliegende Dissertation behandelt als alternatives Fertigungsverfahren das Laserstrahlschmelzen von Metallen im Pulverbett (PBF-LB/M), in dem die Magnete werkzeuglos und mit sehr hoher geometrischer Gestaltungsfreiheit direkt aus Pulvermaterial hergestellt werden können. Durch die erzielten Ergebnisse ist es bereits heute möglich, die magnetischen Eigenschaften bestimmter kunststoffgebundener NdFeB-Magneten auch durch additive Verfahren darzustellen. Die Forschungsergebnisse tragen darüber hinaus zur Erweiterung der geometrischen Gestaltungsfreiheit additiver Fertigungsverfahren um eine magnetische Dimension bei. Damit werden Entwickler magnetischer Kreise dazu befähigt, vollständig neue und nicht durch die Gestaltungsrichtlinien bestehender Fertigungsprozesse eingeschränkte Designvarianten zu konzipieren und innerhalb kürzester Zeit in die Realität umzusetzen. Durch die im PBF-LB/M darstellbare kurzfristige Verfügbarkeit von NdFeB-Magneten kann der Zeitpunkt im Produktentstehungszyklus, an dem die Magnetgeometrie fixiert und keine Änderungen mehr möglich sind, auf einen späten Zeitpunkt verlegt werden. Dadurch kann auf kurzfristige Änderungen an die Anforderungen der Laufeigenschaften der Maschine reagiert oder Toleranzen im Magnetkreis kompensiert werden.
Aktualisiert: 2022-06-23
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Das additive Verfahren Laserstrahl-Schmelzen von Metallen im Pulverbett bietet aufgrund von Freiheitsgraden im Bauteildesign, neuartiger Materialeigenschaften, hoher Umsetzungs-Geschwindigkeit und Flexibilität in der Produktion ein sehr hohes Anwendungspotential. Im Verlauf der aktuellen Industrialisierungsphase sind die Handlungsfelder Gesamtanlageneffizienz, Erweiterung der Werkstoffpalette, Simulationsmethoden, Design, sowie die Prozess-Überwachung und -Regelung im Fokus aktueller Forschungsarbeiten. Die in dieser Arbeit gezeigten Untersuchungen zur Prozesscharakterisierung und Erweiterung eines Überwachungssystems identifizieren typische Prozessfehler und bearbeiten Lösungsansätze zur Erfassung derselben mittels lateraler und koaxiale Prozessüberwachungs-Systeme. Bei der Betrachtung des koaxialen Schmelzbad-Überwachungssystems werden hierfür Signaturen aus Grundlagenversuche mit Einzelspuren, dünnen Wänden, Volumenkörpern und realen Bauteilen charakterisiert. Darauf aufbauend werden Anwendungsmöglichkeiten für beide Systeme erarbeitet. Für das laterale Überwachungssystem wird eine automatisierte Auswertungsmöglichkeit auf Basis des maschinellen Lernens entwickelt um Schichtbilder zu klassifizieren. Für das koaxiale Überwachungssystem werden Möglichkeiten zur Nutzbarmachung bezüglich der Oberflächenrauheit auf gescannten Bauteilflächen, in Folgeschichten von Kanalverschlüssen und bei Spritzer-Ereignissen gezeigt. Gegenmaßnahmen zur Verminderung von Oberflächenrauheit mittels Laserpolieren werden motiviert und Ergebnisse vorgestellt.
Aktualisiert: 2022-05-12
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Die Vorteile von additiven Fertigungsverfahren liegen zum einen in einer hohen Flexibilität des Fertigungsprozesses, da keine bauteilspezifischen Werkzeuge benötigt werden und ein geringer Programmier- und Einrichtungsaufwand anfällt, sowie zum anderen in der Möglichkeit auch komplexe Geometrien in einem Arbeitsschritt zu fertigen. Darüber hinaus bieten additive Fertigungsprozesse durch den schichtweisen Aufbau die Möglichkeit den Bauteilentstehungsprozess genau zu überwachen und über eine lokale Anpassung der Prozessführung gezielt zu beeinflussen.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit diesem Gebiet der bauteilindividuellen Prozesssteuerung am Beispiel des selektiven Laserschmelzens von metallischen Werkstoffen. Es wird ein neuartiger Ansatz entwickelt, mit dem die Prozessführung auf Bauteilvoxelebene vorgesteuert werden kann. Die Grundlage bildet dabei ein Softwaretool, welches basierend auf den Bauteil CAD Daten ein Voxelmodell erstellt. Mithilfe eines modularen Ansatzes können den einzelnen Voxeln individuelle Prozessparameter, basierend auf unterschiedlichen Analyse- und Simulationsmethoden, zugewiesen werden. Es wird untersucht wie mit Hilfe von Thermografiemessungen und den Methoden des maschinellen Lernens die thermische Bauteilhistorie vorhergesagt und gezielt gesteuert werden kann. Über eine geometrische Analyse der Bauteildaten wird untersucht wie sich durch eine lokale Anpassung der Laserleistung Qualitätsmerkmale wie die Rundheit von Bohrungen oder die Rauheit von Bauteiloberflächen beeinflussen lassen. Ein weiterer Fokus der Arbeit liegt in der Automatisierung und der Vereinfachung der Berechnungsprozesse um, im Sinne der additiven Fertigung, den Vorbereitungsaufwand für die Fertigung gering zu halten.
Aktualisiert: 2020-07-17
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Konturnahe Temperiersysteme in Druckgießwerkzeugen ermöglichen eine formschonende Wärmeabfuhr für kurze Zykluszeiten, eine Minimierung der Sprühmenge des Wasser-Trennstoff-Gemisches und somit eine Reduzierung der Thermoschockbeanspruchung der Formoberflächen. Im Rahmen der Dissertation wird eine allgemeingültige, systematische Auslegungsmethodik für konturnahe Temperiersysteme entwickelt. Die Basis hierfür stellen numerische Simulationen dar, mit denen sich die komplexen mechanischen, thermischen und thermomechanischen Zusammenhänge analysieren lassen. Zur Validierung der Methodik wurde ein seriennahes Versuchswerkzeug ausgelegt, aufgebaut und in Gießkampagnen erprobt. Das Potenzial konturnaher Temperiersysteme wird anhand eines Vergleichs mit einem konventionellen Druckgießwerkzeug dargestellt.
Aktualisiert: 2022-11-21
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Die Additiven Fertigungsverfahren stehen im Übergang zur stärken industriellen Anwen-dung. Weit mehr als die Hälfte aller mittelständischen Unternehmen sehen die Technolo-gien zukünftig als etablierte Verfahren oder gar Schlüsseltechnologien im eigenen Unter-nehmen. Dass der Schritt zur industriellen Nutzung bislang allerdings nicht erfolgt ist, liegt oft am Prozess der Technologieintegration selbst. Unternehmen gelingt es nicht, die feh-lende Expertise aufzubauen, die Akzeptanz gegenüber der Additiven Fertigung erfolg-reich zu stärken und die hohen Kosten zu beherrschen. Diese Problematik bestätigen neben Studien des Industriearbeitskreises Light Alliance und der National Association of Manufacturers (USA) auch der Richtungswandel der Forschungsförderung des Bundes-ministeriums für Bildung und Forschung. Vor diesem Hintergrund gilt es, die auftretenden Hindernisse der Technologieintegration differenziert zu betrachten und erforderliche spe-zifische Lösungsmethoden in einzelnen Handlungsfeldern abzuleiten. Für diese Hand-lungsfelder sind anschließend Vorgehensmodelle zu entwickeln, wodurch Hemmnisse wie die hohen Kosten gelöst werden sollen. Die resultierenden Modelle sind in eine Gesamt-systematik zu überführen, welche Unternehmen unter Berücksichtigung der bestehenden Unternehmensprozesse und -strukturen bei der prozessbasierten Technologieintegration der Additiven Fertigung im Unternehmen unterstützt. Die Anwendbarkeit des Verfahrens wird durch eine industrielle Fallstudie untermauert und validiert.
Aktualisiert: 2020-07-09
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-04-03
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die werkstofftechnische Charakterisierung des Gefüges und der damit verbundenen Eigenschaften von austenitischen und martensitischen Stählen, die mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) verdichtet wurden. Beim selektiven Laserschmelzen handelt es sich um einen additiven Fertigungsprozess, der eine ressourceneffiziente Herstellung komplex geformter Bauteile mit hohem Individualisierungsgrad und geringer Nachbearbeitung erlaubt.
Betrachtet wurden in dieser Arbeit der austenitische Stahl X2CrNiMo17-12-2, die Warmarbeitsstähle X40CrMoV5-1 und X38CrMo7-2 sowie der Schnell-arbeitsstahl HS6-5-3. Der Fokus der Arbeit lag auf der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses zur Bildung und Entwicklung der Mikrostruktur während des Fertigungsprozesses. Dabei wurde die gesamte Prozesskette des SLM-Verfahrens in einem ganzheitlichen Ansatz, beginnend mit dem Ausgangspulver über die SLM-Verdichtung bis hin zu einem notwendigen Post-Processing, betrachtet. Zunächst erfolgten die Charakterisierung des Pulvers in Bezug auf die Eignung für den SLM-Prozess und der Wiederverwendbarkeit sowie die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Laser und der losen Pulverschüttung. Anschließend wurden geeignete Prozessparameter zur Verdichtung ausgewählter Stahlpulver mittels SLM evaluiert. Diesen Untersuchungen schloss sich die Charakterisierung der Proben hinsichtlich der Gefüge- bzw. Defektausbildung und den damit verbundenen Werkstoffeigenschaften an. Da neben der chemischen Zusammensetzung auch das Herstellungsverfahren maßgeblich das Gefüge und die Eigenschaften von Werkstoffen beeinflusst, sind die SLM-Proben mit schmelzmetallurgisch (Gießen und Umformen) oder pulvermetallurgisch (Heiß-Isostatisches Pressen (HIP)) hergestellten Proben verglichen worden. Darüber hinaus wurde der Einfluss eines Post-Processing (HIP-Nachverdichtung oder Wärmebehandlung) auf die Gefügeausbildung und die damit verbundenen Werkstoffeigenschaften betrachtet.
Aktualisiert: 2018-08-03
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Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die werkstofftechnische Charakterisierung des Gefüges und der damit verbundenen Eigenschaften von austenitischen und martensitischen Stählen, die mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) verdichtet wurden. Beim selektiven Laserschmelzen handelt es sich um einen additiven Fertigungsprozess, der eine ressourceneffiziente Herstellung komplex geformter Bauteile mit hohem Individualisierungsgrad und geringer Nachbearbeitung erlaubt.
Betrachtet wurden in dieser Arbeit der austenitische Stahl X2CrNiMo17-12-2, die Warmarbeitsstähle X40CrMoV5-1 und X38CrMo7-2 sowie der Schnell-arbeitsstahl HS6-5-3. Der Fokus der Arbeit lag auf der Erarbeitung eines grundlegenden Verständnisses zur Bildung und Entwicklung der Mikrostruktur während des Fertigungsprozesses. Dabei wurde die gesamte Prozesskette des SLM-Verfahrens in einem ganzheitlichen Ansatz, beginnend mit dem Ausgangspulver über die SLM-Verdichtung bis hin zu einem notwendigen Post-Processing, betrachtet. Zunächst erfolgten die Charakterisierung des Pulvers in Bezug auf die Eignung für den SLM-Prozess und der Wiederverwendbarkeit sowie die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen dem Laser und der losen Pulverschüttung. Anschließend wurden geeignete Prozessparameter zur Verdichtung ausgewählter Stahlpulver mittels SLM evaluiert. Diesen Untersuchungen schloss sich die Charakterisierung der Proben hinsichtlich der Gefüge- bzw. Defektausbildung und den damit verbundenen Werkstoffeigenschaften an. Da neben der chemischen Zusammensetzung auch das Herstellungsverfahren maßgeblich das Gefüge und die Eigenschaften von Werkstoffen beeinflusst, sind die SLM-Proben mit schmelzmetallurgisch (Gießen und Umformen) oder pulvermetallurgisch (Heiß-Isostatisches Pressen (HIP)) hergestellten Proben verglichen worden. Darüber hinaus wurde der Einfluss eines Post-Processing (HIP-Nachverdichtung oder Wärmebehandlung) auf die Gefügeausbildung und die damit verbundenen Werkstoffeigenschaften betrachtet.
Aktualisiert: 2018-11-01
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Diese Dissertation beschreibt eine Methodik zur Potential- bzw. Gesamtwirtschaftlichkeitsbewertung generativer Fertigungsverfahren von Produkten in der Vor-Design Phase. Drei Potentialbereiche Leichtbau, Funktion und Kosten/Zeit werden quantitativ bewertet. Dabei liegt der inhaltliche Fokus auf der Abschätzung des optimierten Bauteilgewichts und Leichtbaupotentials. Die Betrachtungen beinhalten die Bauteilgruppen der Sekundärstrukturelemente und Hydraulikkomponenten aus der Luftfahrt sowie die Fertigungsverfahren Selektives Laserschmelzen, CNC-Fräsen und Feinguss.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-04
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