Der 3D-Druck greift als Vervielfältigungsgerät in das Kernrecht des Urhebers ein. Der private Nutzer kann mit “Copy and Paste” alle Objekte drucken. Das Vervielfältigungsrecht des Urhebers wird durch eine private Nutzung von 3D-Druckern zu Hause, in FabLabs, Hackerspaces oder 3D-Druck Copyshops eingeschränkt werden. Das Urheberrecht als Eigentumsrecht aus Art. 14 GG wird mit dem Recht des Nutzers auf Information und Meinungsfreiheit nach Art. 5 GG abgewogen. Diese Abwägung ist in Zeiten der Digitalisierung, des Internets und der neuen Technologien eine der wichtigsten für das geistige Eigentum. Mit dem 3D-Druck steht und fällt die Frage nach der Vervielfältigungsfreiheit und der Suche nach alternativen Vergütungsmodellen. Schafft der § 53 Abs.1, Abs. 7 UrhG einen Interessenausgleich zwischen Urhebern und Nutzern? Die Arbeit untersucht die Vervielfältigung von Werken der angewandten Kunst unter dem Aspekt der Geburtstagszugentscheidung des BGH und macht die notwendige rechtlichen Änderungen deutlich. / 3D printing is not only a technical topic but also a topic for creators. The 3D printer intervenes the core right of creators and makes copyright issues obvious. 3D printing is a new usage under section § 31 UrhG. The private user can "copy and paste" to reproduce any objects. The question is how the right of the creator can be restricted by private use of 3D printers at home, in FabLabs, hackerspaces or 3D printing copy shops. Copyright as a property right in Art. 14 GG faces the user's right to information and freedom of expression under Art. 5 GG. Balancing these two fundamental rights is one of the crucial questions for intellectual property in times of digitization, internet and new technologies, as 3D printing is also about freedom of reproduction and alternative compensation models. To what extent creates section § 53 para. 1, para. 7 UrhG a balance of interests for applied art? This present works examines the reproduction of applied art under the “Geburtstagszugentscheidung” and the necessity of reforming legislation in the age of 3D printers.

Summary Juliane Schneevoigt „Investigation of time- and pressure-dependent expression of different components of the extracellular matrix by chondrocytes in vitro” Institute of Anatomy, Histology and Embryology of the University of Leipzig Submitted in June 2015 98 pages, 34 figures, 41 tables, 153 references keywords: cartilage, chondrocytes, hydrostatic pressure, bioreactor, qPCR Introduction Hyaline cartilage maintains the basic function of transmitting articular pressure load within synovial joints and therefore provides the basis for the movements of an organism. Being a small coverage of the joint surface, it shows a composition designed to match this function specifically. A high amount of proteoglycans and its associated water determines the elastic formability of the hyaline cartilage which allows the absorbance of pressure and shear forces. These proteoglycans, mainly based on aggrecan as core-protein, are embedded into a meshwork of collagen fibres, primarily formed of collagen type II. This composition is not to be understood as a static construct; moreover it is exposed to biophysical forces that permanently require a dynamic adaptation. This adaptation of the extracellular matrix formed by proteoglycans and collagen type II is organised by a small number of embedded chondrocytes, the cells of the hyaline cartilage. As chondrocytes are post-mitotic cells and due to the lack of vascularisation within hyaline cartilage, there is hardly any chance for regeneration of defects in order to maintain the integrity of the tissue. The resulting replacement is formed as fibrocartilage, which has not the capability to withstand the biodynamical forces within the joint. As these defects in hyaline cartilage represent a gross of the diseases of the musculoskeletal system, there is a high medical interest in the development of innovative cell-based therapies, as autologous chondrocyte transplantation (ACT) is one. With this type of therapy in vitro cultivated chondrocytes are seeded into a cartilage defect with the aim of producing hyaline cartilage. Aims of the study In the last decades the need for a detailed understanding of the biodynamics of cartilage became obvious for further development of therapies. The aim of this study was therefore to establish a cell culture system to provide an insight into the biodynamics of chondrocytes. Aside from the examination of the differentiation of in vitro cultivated chondrocytes and their synthesis of extracellular matrix as a function of the cultivation time, another aim of this study was to determine whether the application of hydrostatic pressure might have beneficial influence on the expression of extracellular matrix components by chondrocytes in vitro, in accordance with the hyaline cartilage. Material and methods Human articular chondrocytes were cultivated in vitro without the application of hydrostatic pressure in the first place. The cells were observed phase contrast microscopically and the distribution of collagen type I and II was detected immuncytochemically. In further experiments optical confluent chondrocytes were transferred to a bioreactor system applying a hydrostatic pressure of 5 or 10 bar with variable time periods of the pressure applied. Subsequently, the expression of collagen type I, collagen type II and aggrecan was investigated and quantified using qPCR and Western Blot. Chondrocytes cultivated exclusively without the application of hydrostatic pressure served as controls. In this pilot-study the samples were analysed using arithmetic mean and standard deviation to evaluate the power statistically. In addition, similar test conditions with marginal differences were pooled and the necessary sample size to meet a power of 80 % with an alpha error of 0.05 was calculated using the maximum potential standard deviation. In cases where this statistic power was obtained, an analysis of significance (\"One Way Analysis of Variance”) was carried out meeting a significance level under 0.05. Results During the cultivation of chondrocytes in vitro without hydrostatic pressure the length of the cultivation time did neither show an effect on the phase contrast microscopical morphology nor on the immuncytochemically detected distribution of collagen typ I and II. The application of increased hydrostatic pressure for 24 hours results in a 0.2-0.8-fold decrease of the expression of collagen type I and II and a 1.7-2.2-fold increase of aggrecan expression compared to the unloaded controls. This effect was more distinct with 5 bar but was accompanied by instabilities in the cell culture. This is why further investigations concentrated on the use of 10 bar pressure with subsequently shortened time period of the applied pressure. With short times of loading (1.5 and 3 hours) a pressure load of 10 bar led to a 0.8 fold decrease of the expression of collagen type I and II and showed a 1.6-2.4 fold increase of aggrecan expression. These qPCR results were supported by the protein expression of collagen type I, II and aggrecan detected in Western Blot. Conclusions A cell culture system was established to examine the effect of hydrostatic pressure on the expression of chondrocytes on the one hand, which can further be modified for the assembly of cell transplants on the other hand. Subsequently the results of this study led to a definition of cell culture conditions, stimulating the extracellular matrix production of chondrocytes towards the composition of hyaline cartilage. This was the case using a seeding density of 104 cells/cm2 and a pre-cultivation time of 6 days of normal pressure, followed by the application of 10 bar hydrostatic pressure for 1.5-3 h. With the help of this pilot-study a cell culture system was established to gain more information on biodynamics of hyaline cartilage. Moreover it is possible that this information will provide a basis for further development of cell based therapies of cartilage defects, such as ACT. / Zusammenfassung Juliane Schneevoigt „Untersuchung der zeit- und druckabhängigen Expression verschiedener Komponenten der extrazellulären Matrix durch Chondrozyten in vitro“ Veterinär-Anatomisches Institut der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im Juni 2015 98 Seiten, 34 Abbildungen, 41 Tabellen, 153 Literaturangaben Schlüsselwörter: Knorpel, Chondrozyten, hydrostatischer Druck, Bioreaktor, qPCR Einleitung Der hyaline Knorpel gewährleistet die grundlegende Funktion der Druckübertragung innerhalb der synovialen Gelenke und stellt somit die Grundlage für die Bewegung des Organismus dar. Als schmaler Überzug der Gelenkflächen ist er in seinem Aufbau an diese Funktion spezifisch angepasst. Dabei bedingt der hohe Gehalt an Proteoglykanen und das an diese assoziierte Wasser die elastische Verformbarkeit des hyalinen Knorpels, die es ermöglicht, Druck- und Scherkräfte abzufedern. Die Proteoglykane, die hauptsächlich auf Aggrekan als Kernprotein basieren, sind in ein Maschenwerk kollagener Fasern eingelagert, welches im Wesentlichen durch Kollagen Typ II gebildet wird. Diese Zusammensetzung darf nicht als statisches Konstrukt verstanden werden. Vielmehr ist der hyaline Knorpel in vivo verschiedenen biophysikalischen Einflüssen ausgesetzt, die eine dynamische Anpassung erfordern. Solche Anpassungsvorgänge in Form einer Änderung der Zusammensetzung der aus kollagenen Fasern und Proteoglykanen bestehenden extrazellulären Matrix werden durch die wenigen eingelagerten Chondrozyten, die Zellen des hyalinen Knorpels, organisiert. Da die reifen Chondrozyten jedoch keine Zellteilungen aufweisen und dem hyalinen Knorpel eine Vaskularisierung fehlt, ist eine Defektregeneration kaum möglich, sodass eine Wiederherstellung der Integrität des Gewebes unterbleibt und stattdessen ein Ersatzknorpel, der Faserknorpel, gebildet wird, welcher den einwirkenden biodynamischen Belastungen jedoch nicht standhalten kann. Da die Defekte des hyalinen Knorpels einen Großteil der Erkrankungen des Bewegungsapparats darstellen und zudem die Arthrose als Langzeitfolge nach sich ziehen, besteht ein hohes medizinisches Interesse an der Entwicklung zellbasierter Therapieansätze, wie der Autologen Chondrozytentransplantation (ACT). Hierbei werden - bislang mit unterschiedlichen Erfolgen – in vitro kultivierte Chondrozyten mit dem Ziel, neuen hyalinen Knorpel zu bilden, in einen Knorpeldefekt eingebracht. Ziele der Untersuchungen In den letzten Jahrzehnten zeigte sich, dass die Entwicklung von Therapieansätzen zur Behandlung von Knorpeldefekten ein detaillierteres Verständnis des Knorpelgewebes und speziell dessen Biodynamik erfordert. Ziel dieser Arbeit war es daher, im Rahmen einer Pilotstudie, ein In-vitro-System zu etablieren, welches die Untersuchung der Biodynamik der Chondrozyten ermöglicht. Neben der Untersuchung der Morphologie der Chondrozyten und der durch sie synthetisierten extrazellulären Matrix in Abhängigkeit von der Kultivierungszeit der Zellen, wurde die Fragestellung bearbeitet, ob durch die Wirkung eines hydrostatischen Drucks günstige Effekte in Hinblick auf die Expression einer extrazellulären Matrix, wie sie im hyalinen Knorpel vorliegt, erzielt werden kann. Materialien und Methoden Eine Primärkultur humaner artikulärer Chondrozyten wurde zunächst unter Standardzellkulturbedingungen und atmosphärischem Druck kultiviert. Die Zellen wurden phasenkontrastmikroskopisch und hinsichtlich der Verteilung von Kollagen Typ I und II immunzytochemisch untersucht. In den weiteren Versuchen wurden optisch konfluente Chondrozyten in einen Bioreaktor überführt und weiter unter einem hydrostatischen Druck von 5 oder 10 bar kultiviert. Dabei wurde die Dauer der Druckeinwirkung auf die Chondrozyten variiert. Das Expressionsmuster der so kultivierten Chondrozyten wurde quantitativ in Hinblick auf Kollagen Typ I und II sowie Aggrekan mittels qPCR und Western Blot untersucht. Dabei dienten jeweils Chondrozyten, die ohne erhöhte Druckbedingungen kultiviert wurden, als Kontrollen. In dieser Pilotstudie wurden die Proben unter Berechnung der Mittelwerte und Standardabweichung hinsichtlich ihrer statistischen Power ausgewertet. Neben dieser Analyse der Einzelergebnisse wurden die Versuchsbedingungen, die kaum Unterschiede in den Ergebnissen aufwiesen, in Gruppen zusammengefasst und mit Hilfe der größtmöglichen vorhandenen Standardabweichung der Stichprobenumfang eines Versuchs errechnet, welcher die statistische Power der Ergebnisse bei einem Alpha-Fehler von 0,05 auf 80% erhöht. In den Fällen, in denen diese Power erreicht wurde, erfolgte eine Untersuchung der Unterschiede auf Signifikanz („One Way Analysis of Variance“) bei einem Signifikanzniveau < 0,05. Ergebnisse Während der In-vitro-Kultivierung der Chondrozyten unter atmosphärischem Druck zeigte die Länge der Kultivierungszeit weder einen Einfluss auf die phasenkontrastmikroskopisch untersuchte Morphologie der Zellen noch auf die immunzytochemisch detektierte Verteilung des Kollagen Typ I und II. Die Wirkung eines erhöhten hydrostatischen Drucks (5 bar, 10 bar) für 24 Stunden führte zu einer Abnahme der Expression von Kollagen Typ I und Typ II auf das 0,2-0,8-fache bei gleichzeitiger Zunahme der Expression des Aggrekan auf das 1,7-2,2-fache, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Dieser Effekt war bei 5 bar ausgeprägter als bei 10 bar, führte jedoch gleichzeitig zu einer starken Instabilität des Zellkultursystems. Vor diesem Hintergrund wurde für den höheren Druck (10 bar) die Zeitdauer der Druckeinwirkung verkürzt. Hierbei konnten bei kurzzeitiger Druckeinwirkung von 10 bar (1,5 und 3 Stunden) bei Erhalt der Zellen ähnliche Effekte erzielt werden wie für die Bedingung 5 bar, 24 Stunden. Die Expression von Kollagen Typ I und Typ II sank auf das 0,8-fache, wohingegen ein Anstieg der Aggrekanexpression auf das 1,6-2,4-fache erreicht wurde. Diese Ergebnisse der qPCR konnten durch die im Western Blot für Kollagen Typ I, II und Aggrekan detektierte Proteinexpression gestützt werden. Schlussfolgerungen Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein In-vitro-System etabliert, welches einerseits der Untersuchung des Einflusses von hydrostatischem Druck auf die Expression von Chondrozyten dienen und andererseits für die Herstellung von Zelltransplantaten weiter modifiziert werden kann. Die Ergebnisse der Untersuchungen führten zur Definition von Bedingungen für das In-vitro-System, unter denen die Expression der extrazellulären Matrix durch die Chondrozyten in Richtung der Zusammensetzung im hyalinen Knorpel stimuliert werden kann. Dies zeigte sich bei einer Aussaat der humanen Chondrozyten in einer Konzentration von 104 Zellen/cm2 und einer Vorkultivierungszeit von 6 Tagen unter Normaldruck, gefolgt von der Kultivierung unter hydrostatischem Druck von 10 bar für 1,5 bis 3 Stunden. Mit Hilfe dieser Pilotstudie wurde somit ein In-vitro-System etabliert, auf dessen Basis Untersuchungen durchgeführt werden können, die weiterführende Erkenntnisse zur Biodynamik des hyalinen Knorpels liefern und der zukünftigen Entwicklung zellbasierter Therapieansätze der Knorpeldefekte, wie der ACT, zu Gute kommen.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden kapselumhüllte Hüftgelenkmodelle mit 22 – 44 mm Durchmesser durch Hebelwirkung luxiert, wobei die wirkende Kraft, die resultierende Dislokation und der intraartikuläre Absolutdruck kontinuierlich gemessen wurden. Parallel dazu wurde die technische Range of Motion bis zum Impingement und bis zur Luxation bestimmt. Die durchgeführten Hebelversuche ergaben bei Zunahme des Kopfdurchmessers eine erhebliche Zunahme des Luxationswiderstandes der untersuchten Gelenkmodelle. Im Gegensatz dazu ergab die Messung der technischen Range of Motion bei größerem Gelenkdurchmesser einen geringen Zuwachs, dessen praktische Wirksamkeit durch existierende Literatur auf Grund von Knochen-Knochen-Impingement in Zweifel gezogen wird (Burroughs et al. 2005). Die Hypothese ist somit anzunehmen. Die starke Zunahme des Luxationswiderstandes und die gering erweiterte techROM sprechen neben anderen Argumenten dafür, dass die permanente hüftstabilisierende Wirkung des atmosphärischen Druckes, die auch als Weber-Effekt bezeichnet werden kann, die Hauptursache für die deutlich verminderte Luxationsneigung größerer Köpfe nach hüftendoprothetischen Eingriffen darstellt. Daraus können folgende Konsequenzen für die Hüftendoprothetik abgeleitet werden: 1. Die Schonung und Rekonstruktion der Gelenkkapsel ist eine wichtige Voraussetzung für die Wirksamkeit des Weber-Effektes. Zahlreiche Studien belegen, dass durch die Kapselrekonstruktion die Anzahl der von Luxationen betroffenen Patienten um 90 % gesenkt werden kann (Pellicci et al. 1998; Bottner und Pellicci 2006; Prietzel et al. 2014), weshalb die Kapselrekonstruktion zu empfehlen ist. 2. Gelenkköpfe mit größerem Durchmesser besitzen in Folge des Weber-Effektes eine wesentlich größere Gelenkstabilität bzw. einen höheren Luxationswiderstand. Daraus resultiert offensichtlich die klinisch nachgewiesene wesentlich geringere Luxationsra-te (Bistolfi et al. 2011; Howie et al. 2012, Zajonz et al. 2015). Gegenwärtige Nachteile größerer Köpfe wie höherer Abrieb und vermehrte Belastung von Pfannenveranke-rung und Konus müssen jedoch berücksichtigt werden. Der Einsatz größerer Gelenk-köpfe ist zukünftig in der Hüftendoprothetik anzustreben. Gegenwärtig ist bei normalem Luxationsrisiko und somit bei primären HTEP-Implantationen der Einsatz von Gelenkköpfen bis 36 mm Durchmesser vertretbar. Bei erhöhtem Luxationsrisiko (z. B. bei bestimmten HTEP-Revisionen) sind dagegen 40-mm- und 44-mm-Köpfe gerechtfertigt, soweit diese in Abhängigkeit vom Pfannendurchmesser realisierbar sind (Zajonz et al. 2015). 3. Der Einsatz einer intrakapsulären Redondrainage beschleunigt durch die Eliminierung eingedrungener Luft und durch die Minimierung des postoperativen Hämatoseroms die Restitution physiologischer Gelenkverhältnisse. Dies ist gleichfalls eine wichtige Voraussetzung für die Wirksamkeit des Weber-Effektes und daher zu empfehlen (Prietzel et al. 2007).

Im Rahmen der additiven Fertigungsplanung bietet die geometriebasierte individuelle Fertigungsparametrisierung das Potential die Fertigungsgeschwindigkeit und -qualität weiter zu steigern. Dafür ist eine automatische Erkennung der zu fertigenden Geometriennotwendig, weshalb diese Arbeit die Eignung von faltungsbasierten künstlichen neuronalen Netzen zur Detektion von Regelgeometrien in Voxeldaten untersucht. Hierfür wird ein faltungsbasierter Detektionsalgorithmus entworfen und implementiert, welcher in der Lage ist, zylindrische, sphärische und ebene Flächen zu identifizieren. Dieser Algorithmus erreicht bei der Analyse von realen CAD-Daten eine Intersection over Union von 77,99% bzw. einen Dice-Score von 87,63 %. Dies entspricht den von vergleichbaren Algorithmen erreichten Genauigkeitswerten und bestätigt die Eignung des gewählten Ansatzes.:Kurzfassung III Abstract IV Abkürzungsverzeichnis VII Formelzeichen und Symbole VIII 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielstellung 2 1.3 Struktur der Arbeit 2 2 Stand der Forschung 4 2.1 Überblick CAM-Prozess 4 2.2 Geometrierepräsentationen 5 2.3 Deep Learning und faltungsbasierte neuronale Netze 9 2.3.1 Grundlagen des maschinellen Lernens 9 2.3.2 Künstliche Neuronale Netze 12 2.3.3 Faltungsbasierte neuronale Netze 15 3 Anforderungen und Konzeption 24 3.1 Vorgehensmodell und Anforderungen 24 3.2 Lösungskonzept 27 3.2.1 Struktur des Algorithmus 27 3.2.2 Versuchsplanung 31 4 Datengenerierung 32 4.1 Trainings- und Validierungsdaten 32 4.2 Testdaten 37 5 Auswahl, Training und Optimierung eines CNN-Algorithmus 39 5.1 Auswahl und Vorstellung des CNN-Algorithmus 39 5.2 Training des CNN-Algorithmus 41 5.3 Optimierung des CNN-Algorithmus 46 6 Transferlernen und Postprocessing 50 6.1 Transferlernen 50 6.1.1 Generierung von Trainings- und Validierungsdaten 51 6.1.2 Auswirkungen des Transferlernens 53 6.2 Postprocessing 55 6.2.1 Ersetzen von unsicheren Klassifizierungsergebnissen 55 6.2.2 Ersetzen von Ausreißern 57 7 Diskussion der Ergebnisse 58 7.1 Erreichte Detektionsleistung 58 7.2 Beschränkungen der Implementierung 61 8 Zusammenfassung 65 8.1 Zusammenfassung 65 8.2 Ausblick 66 Literaturverzeichnis 68 Abbildungsverzeichnis 75 Tabellenverzeichnis 77 Anlagenverzeichnis 78 Selbstständigkeitserklärung 79 / In the context of additive manufacturing planning, geometry-based individual manufacturing parameterization offers the potential to further increase manufacturing speed and quality. For this purpose, an automatic detection of the geometries to be manufactured is necessary, which is why this thesis investigates the suitability of convolution-based artificial neural networks for the detection of regular geometries in voxel data. Therefore, a convolutional-based detection algorithm is designed and implemented, which is able to identify cylindrical, spherical and planar surfaces. This algorithm achieves an intersection over union detection accuracy of 77.99% and a dice score of 87.63 %, respectively, when analyzing real CAD data. This is in line with the accuracy values achieved by comparable algorithms and confirms the suitability of the chosen approach.:Kurzfassung III Abstract IV Abkürzungsverzeichnis VII Formelzeichen und Symbole VIII 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielstellung 2 1.3 Struktur der Arbeit 2 2 Stand der Forschung 4 2.1 Überblick CAM-Prozess 4 2.2 Geometrierepräsentationen 5 2.3 Deep Learning und faltungsbasierte neuronale Netze 9 2.3.1 Grundlagen des maschinellen Lernens 9 2.3.2 Künstliche Neuronale Netze 12 2.3.3 Faltungsbasierte neuronale Netze 15 3 Anforderungen und Konzeption 24 3.1 Vorgehensmodell und Anforderungen 24 3.2 Lösungskonzept 27 3.2.1 Struktur des Algorithmus 27 3.2.2 Versuchsplanung 31 4 Datengenerierung 32 4.1 Trainings- und Validierungsdaten 32 4.2 Testdaten 37 5 Auswahl, Training und Optimierung eines CNN-Algorithmus 39 5.1 Auswahl und Vorstellung des CNN-Algorithmus 39 5.2 Training des CNN-Algorithmus 41 5.3 Optimierung des CNN-Algorithmus 46 6 Transferlernen und Postprocessing 50 6.1 Transferlernen 50 6.1.1 Generierung von Trainings- und Validierungsdaten 51 6.1.2 Auswirkungen des Transferlernens 53 6.2 Postprocessing 55 6.2.1 Ersetzen von unsicheren Klassifizierungsergebnissen 55 6.2.2 Ersetzen von Ausreißern 57 7 Diskussion der Ergebnisse 58 7.1 Erreichte Detektionsleistung 58 7.2 Beschränkungen der Implementierung 61 8 Zusammenfassung 65 8.1 Zusammenfassung 65 8.2 Ausblick 66 Literaturverzeichnis 68 Abbildungsverzeichnis 75 Tabellenverzeichnis 77 Anlagenverzeichnis 78 Selbstständigkeitserklärung 79

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der experimentellen Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung. Dabei wurden sowohl die zwei und die dreiaxiale Drucktragfähigkeit als auch das Verhalten unter zweiaxialer kombinierter Druck Zug Beanspruchung untersucht. Für die Analyse kamen jeweils drei Betonfestigkeitsklassen zum Einsatz, C 55/67, C 70/85 und C 90/105. Innerhalb der durchgeführten Versuchsreihen wurden sowohl die jeweiligen Bruchlasten als auch die Spannungs Dehnungs Beziehungen ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit denen verglichen, die an Normalbeton gewonnen wurden. Aus diesem Vergleich wurden Schlußfolgerungen für den Einsatz von Hochleistungsbetonen abgeleitet. Zur mathematischen Beschreibung des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton wurden für die untersuchten Beanspruchungsregime Näherungsfunktionen angegeben. / The subject of this paper is the experimental analysis of the behavior of High Performance Concrete under multiaxial loading. Thereby the behavior under bi- and triaxial compression as well as the behavior under combined compression-tension stresses were examined. Three concrete grades were examined, C 55/67, C 70/85 and C 90/105. Within the test series, the ultimate loads and the stress-strain-relationships were determined. The results of the examinations were compared to the results which are already known for normal strength concrete. From these comparisons conclusions for the usage of high performance concrete were made. For the examined states of stress mathematical approximations are specified.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der experimentellen Analyse des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton unter mehraxialer Beanspruchung. Dabei wurden sowohl die zwei und die dreiaxiale Drucktragfähigkeit als auch das Verhalten unter zweiaxialer kombinierter Druck Zug Beanspruchung untersucht. Für die Analyse kamen jeweils drei Betonfestigkeitsklassen zum Einsatz, C 55/67, C 70/85 und C 90/105. Innerhalb der durchgeführten Versuchsreihen wurden sowohl die jeweiligen Bruchlasten als auch die Spannungs Dehnungs Beziehungen ermittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit denen verglichen, die an Normalbeton gewonnen wurden. Aus diesem Vergleich wurden Schlußfolgerungen für den Einsatz von Hochleistungsbetonen abgeleitet. Zur mathematischen Beschreibung des Tragverhaltens von Hochleistungsbeton wurden für die untersuchten Beanspruchungsregime Näherungsfunktionen angegeben. / The subject of this paper is the experimental analysis of the behavior of High Performance Concrete under multiaxial loading. Thereby the behavior under bi- and triaxial compression as well as the behavior under combined compression-tension stresses were examined. Three concrete grades were examined, C 55/67, C 70/85 and C 90/105. Within the test series, the ultimate loads and the stress-strain-relationships were determined. The results of the examinations were compared to the results which are already known for normal strength concrete. From these comparisons conclusions for the usage of high performance concrete were made. For the examined states of stress mathematical approximations are specified.

Die 3D-Drucktechnologie bietet eine Möglichkeit zur digitalen Funktionalisierung textiler Substrate. Jedoch hemmen fehlende Grundlagen, die geringe Materialpalette für textile Anwendungen, hohe Investitionskosten und lange Druckzeiten den Einsatz in der Textilindustrie. Die Arbeit befasst sich mit verschiedenen Einflüssen auf die Haftfestigkeit von 3D-Druck-Textil-Verbunden. Zudem werden die Effekte der 3D-Druckschichten auf die Eigenschaften der Textilien ermittelt. Dafür werden vier Gewebe und zwei Gestricke durch drei Druckmodule mit drei thermoplastischen Filamenten, einem thermoplastischen Granulat sowie einem Silikonkautschuk bedruckt. Die Einflüsse der Faktoren Textilart, Faserstoff, Textilausrichtung, Textildicke und -oberfläche sowie die Druckmodule mit den verarbeitbaren Druckmaterialien werden experimentell untersucht. Die größten signifikanten Effekte auf die Haftfestigkeit hat die Materialwahl, wobei der Effekt des Druckmaterials größer ist als der Einfluss des Textils. Die Druckschichten beeinflussen die textilen Eigenschaften unterschiedlich stark. Die thermoplastischen Materialien erhöhen die breitenbezogene Biegesteifigkeit der Textilien je nach Druckmaterial und Schichtdicke. Das Zugverhalten der Substrate wird durch die Druckschichten bis auf einzelne Ausnahmen kaum beeinflusst. Die Abriebbeständigkeit der Textilien kann durch 3D-gedruckte Strukturen soweit erhöht werden, dass sie Scheuerversuchen mit erhöhten Anforderungen gegenüber Sandpapier standhalten. Insgesamt ergänzt die Arbeit den Forschungsstand um Erkenntnisse zum 3D-Druck auf Textilien mithilfe unterschiedlicher Druckmodule. Zur verwendbaren Materialpalette gehören auch in anderen Veredlungsprozessen verwendete Materialien. Beispiele und Druckmuster veranschaulichen Anwendungspotenziale in den Bereichen der Sport-, Arbeits- und technischen Textilien.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten / 3D printing technology offers an opportunity for digital functionalization of textile substrates. But lack of fundamentals, the small range of materials for textile applications, high investment costs and long printing times inhibit its use in the textile industry. This thesis addresses various influences on the adhesion strength of 3D printed textile composites. In addition, the effects of the 3D printed layers on the properties of the textiles are determined. For this purpose, four woven and two knitted fabrics are printed by three printing modules with three thermoplastic filaments, one thermoplastic granulate and one silicone rubber. The influences of the factors textile type, fiber material, textile orientation, textile thickness and surface as well as the printing modules with the processable printing materials are investigated experimentally. The greatest significant effects on adhesion are due to the choice of material, with the effect of the printing material being greater than the influence of the textile. The printing layers affect the textile properties to different degrees. The thermoplastic materials increase the width-related bending stiffness of the textiles depending on the printing material and layer thickness. With a few exceptions, the tensile behavior of the substrates is hardly affected by the printing layers. The abrasion resistance of the textiles can be increased by 3D-printed structures to such an extent that they can withstand abrasion tests with increased requirements compared to sandpaper. All in all, the work adds to the state of research knowledge on 3D printing on textiles using different printing modules. The range of materials that can be printed also includes materials used in other finishing processes. Examples and printed samples illustrate potential applications in the fields of sports, work and technical textiles.:Abkürzungen und Symbole Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Begriffe und Verfahren in der additiven Fertigung 2.1.1 Polymerisation/Stereolithographie 2.1.2 Sintern und Schmelzen 2.1.3 Extrusionsverfahren/Schmelzschichtung 2.2 Forschungsstand der additiven Fertigungsverfahren in der Textilindustrie 2.2.1 Textil- bzw. Bekleidungsherstellung 2.2.2 Textilmodifikation 2.2.3 Zusammenfassung zum Forschungsstand 2.3 Überblick zur Haftfestigkeit 2.4 Zielstellung 3 Maschinentechnik, Materialien und Methoden 3.1 Versuchsanlage am STFI 3.1.1 Filamentextruder 3.1.2 Nadelventil 3.1.3 Dispensersystem 3.2 Materialien 3.2.1 Textile Substrate 3.2.2 Druckmaterialien 3.3 Versuchsplanung und -durchführung 3.3.1 Datenvorbereitung und Druckparameter 3.3.2 Versuchsplanung 3.3.3 Prüfverfahren 3.4 Methoden der statistischen Auswertung 4 Untersuchung zur Haftfestigkeit 4.1 Einzeleffekte des Drucksubstrats 4.2 Einzeleffekte des Druckmaterials 4.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zu den Einzeleffekten auf die Haftfestigkeit 4.4 Interaktion der Parameter unterschieden nach Wahl des Textils 4.5 Interaktion der Parameter unterschieden nach verwendetem Druckmodul 4.6 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Haftfestigkeit 5 Charakterisierung der hergestellten Verbunde 5.1 Qualitative Beurteilung der Grenzflächen durch mikroskopische Aufnahmen 5.2 Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 5.2.1 Abweichung von der Solldicke der reinen Druckschichten 5.2.2 Abweichung von der Sollschichtdicke der bedruckten Textilien 5.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Dickenabweichung von der Sollschichtdicke 6 Einfluss der applizierten 3D-Druckschichten auf die textilen Eigenschaften 6.1 Einfluss auf die Biegesteifigkeit 6.1.1 Biegesteifigkeiten der Ausgangsmaterialien 6.1.2 Biegesteifigkeiten der bedruckten Textilien 6.1.3 Einfluss der Biegerichtung auf die Biegesteifigkeiten 6.1.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zur Biegesteifigkeit 6.2 Einfluss auf das Zugverhalten 6.2.1 Zugverhalten der Ausgangsmaterialien 6.2.2 Zugverhalten der bedruckten Textilien 6.2.3 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Zugverhalten 6.3 Einfluss auf das Abriebverhalten 6.3.1 Abriebverhalten der Ausgangsmaterialien 6.3.2 Abriebverhalten der bedruckten Textilien 6.3.3 Einfluss der verwendeten Druckgeometrie auf das Abriebverhalten 6.3.4 Zusammenfassung der Erkenntnisse zum Abriebverhalten 6.4 Waschbeständigkeit der bedruckten Textilien 7 Bewertung der erzielten Ergebnisse 7.1 Bewertung und Vergleich der Ergebnisse mit dem Forschungsstand 7.2 Anwendungsmöglichkeiten des 3D-Drucks auf textilen Substraten 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literaturverzeichnis 10 Anhang 10.1 Anhang zum Kapitel Methoden der statistischen Auswertung 10.2 Anhang zum Kapitel Haftfestigkeit 10.3 Anhang zum Kapitel Mikroskopie 10.4 Anhang zum Kapitel Dickenabweichung 10.5 Anhang zum Kapitel Biegesteifigkeit 10.6 Anhang zum Kapitel Zugverhalten 10.7 Anhang zum Kapitel Abriebverhalten

The interplay between different self-organized electronically ordered states and their relation to unconventional electronic properties like superconductivity constitutes one of the most exciting challenges of modern condensed matter physics. In the present thesis this issue is thoroughly investigated for the prototypical layered material 1T-TaS2 both experimentally and theoretically. At first the static charge density wave order in 1T-TaS2 is investigated as a function of pressure and temperature by means of X-ray diffraction. These data indeed reveal that the superconductivity in this material coexists with an inhomogeneous charge density wave on a macroscopic scale in real space. This result is fundamentally different from a previously proposed separation of superconducting and insulating regions in real space. Furthermore, the X-ray diffraction data uncover the important role of interlayer correlations in 1T-TaS2. Based on the detailed insights into the charge density wave structure obtained by the X-ray diffraction experiments, density functional theory models are deduced in order to describe the electronic structure of 1T-TaS2 in the second part of this thesis. As opposed to most previous studies, these calculations take the three-dimensional character of the charge density wave into account. Indeed the electronic structure calculations uncover complex orbital textures, which are interwoven with the charge density wave order and cause dramatic differences in the electronic structure depending on the alignment of the orbitals between neighboring layers. Furthermore, it is demonstrated that these orbital-mediated effects provide a route to drive semiconductor-to-metal transitions with technologically pertinent gaps and on ultrafast timescales. These results are particularly relevant for the ongoing development of novel, miniaturized and ultrafast devices based on layered transition metal dichalcogenides. The discovery of orbital textures also helps to explain a number of long-standing puzzles concerning the electronic self-organization in 1T-TaS2 : the ultrafast response to optical excitations, the high sensitivity to pressure as well as a mysterious commensurate phase that is commonly thought to be a special phase a so-called “Mott phase” and that is not found in any other isostructural modification.

Wikipedia umschreibt die Topologieoptimierung als ein computerbasiertes Berechnungsverfahren, durch welches eine günstige Grundgestalt (Topologie) für Bauteile unter mechanischer Belastung ermittelt werden kann. Durch die Verwendung von 3D-Druck-Verfahren wird die Gestaltung der Komponenten revolutioniert, weil diese nicht mehr abhängig vom Fertigungsverfahren sind. Dabei werden auch optimale Gitterstrukturen innerhalb der Komponenten immer wichtiger. Diese neuen Herausforderungen können im Creo Umfeld mit ProTopCI (Hersteller CAESS, PTC Partner Advantage, Silver) elegant gelöst werden. Im Vortrag (mit Live-Demonstration) werden die neuen Möglichkeiten dieser innovativen Lösung beleuchtet: Modellerzeugung in Creo Simulate (FEM-Mode): - Verschiedene Lastfälle, - Kontakte, - Schraubenverbindungen, - CAD-Geometrie, - zu optimierende Bereiche, ... Technologische Randbedingungen zur Berücksichtigung des Fertigungsverfahren Innovatives Erzeugen/Optimieren der Gitterstrukturen Glätten, Exportieren der optimierten Geometrie

Microsieves are permeable membranes with excellent properties for filtration applications. In this thesis the inkjet-technology is applied (1) to manufacture micro-porous microsieves, and (2) to reinforce the mechanical stability of float-cast, nano-porous microsieves: (1) The current process for inkjet-printed microsieves includes a manual step which is substituted by inkjet printing in order to increase the level of automation. The obtained microsieves are characterized regarding the pore size distribution. Effects which occur during the manufacture and broaden the pore size distribution are identified. Based on the results, the process is improved to obtain fully inkjet-printed microsieves with a narrowed pore size distribution. (2) The mechanical stability of fragile, float-cast microsieves is improved by the application of inkjet-printed reinforcement patterns on top of the microsieves. A machine is built to combine both technologies of float-casting and inkjet printing. The printing process is improved to manufacture reinforcement patterns of well-defined geometry. / Mikrosiebe sind permeable Membranen mit herausragenden Eigenschaften für die Anwendung in der Filtration. In der vorliegenden Dissertation wird die Inkjet-Drucktechnologie angewandt, um (1) mikroporöse Mikrosiebe herzustellen und (2) nanoporöse Mikrosiebe mechanisch zu stabilisieren: (1) Die Herstellung von Mikrosieben mittels Inkjet-Druck beinhaltet momentan einen manuellen Schritt, der durch einen Inkjet-Druckschritt ersetzt wird, um den Automatisierungsgrad des Verfahrens zu erhöhen. Die Mikrosiebe werden bezüglich der Porengrößenverteilung untersucht. Auftretende Effekte, die die Porengrößenverteilung verbreitern, werden identifiziert. Aus den Resultaten dieser Analyse wird der Prozess optimiert, um Mikrosiebe mit einer engen Porengrößenverteilung herzustellen. (2) Die mechanische Stabilität von fragilen Mikrosieben, die mittels Float-Casting hergestellt werden, wird durch das Aufbringen einer Stützstruktur mittels Inkjet-Druck verstärkt. Ein Maschinensetup wird aufgebaut um beide Technologien des Float-Castings und des Inkjet-Drucks zu kombinieren. Weiterhin wird der Prozess dahingehend optimiert, Stützstrukturen mit wohl-definierten Parametern zu erzielen.