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Thermo-Mechanical Modelling of Wire-Arc Additive Manufacturing (WAAM) of Semi-Finished ProductsGraf, Marcel, Hälsig, Andre, Höfer, Kevin, Awiszus, Birgit, Mayr, Peter 13 February 2019 (has links)
Additive manufacturing processes have been investigated for some years, and are commonly used industrially in the field of plastics for small- and medium-sized series. The use of metallic deposition material has been intensively studied on the laboratory scale, but the numerical prediction is not yet state of the art. This paper examines numerical approaches for predicting temperature fields, distortions, and mechanical properties using the Finite Element (FE) software MSC Marc. For process mapping, the filler materials G4Si1 (1.5130) for steel, and AZ31 for magnesium, were first characterized in terms of thermo-physical and thermo-mechanical properties with process-relevant cast microstructure. These material parameters are necessary for a detailed thermo-mechanical coupled Finite Element Method (FEM). The focus of the investigations was on the numerical analysis of the influence of the wire feed (2.5–5.0 m/min) and the weld path orientation (unidirectional or continuous) on the temperature evolution for multi-layered walls of miscellaneous materials. For the calibration of the numerical model, the real welding experiments were carried out using the gas-metal arc-welding process—cold metal transfer (CMT) technology. A uniform wall geometry can be produced with a continuous welding path, because a more homogeneous temperature distribution results.
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Neues additives Fertigungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffbauteile in SkelettbauweiseHolzinger, Michael 11 February 2022 (has links)
Innerhalb dieser Arbeit wird ein Fertigungsverfahren entwickelt und erprobt, das den additiven Aufbau von großvolumigen faserverstärkten Kunststoffbauteilen in Skelettbauweise erlaubt. Dafür wird ein modifizierter Extruder zusammen mit einer speziellen Kinematik genutzt. Der Fokus liegt auf der Analyse des Einflusses der Steuergrößen auf geometrische und mechanische Eigenschaften, sowie Haftung im Bauteil. Hinsichtlich der geometrischen Eigenschaften wird ein Prozessmodell entwickelt, das die Abhängigkeit der Strangbreite und -höhe von den Steuergrößen darstellt. Durch experimentelle Untersuchungen werden die Prozessgrenzen und an diesen auftretende Effekte ermittelt. Das Verfahren weist hier große Freiräume auf. So können z.B. mit einer 1 mm Düse Strangbreiten von 1,2 bis 3,2mm erzielt werden. Die mechanischen Eigenschaften in Strangrichtung erreichen im 3D-Druck annähernd die Steifigkeit und Festigkeit der Spritzgießreferenz. Prozessbedingt ist eine Porosität im Material nicht ganz vermeidbar, allerdings sind die Fasern stark ausgerichtet und die Faserlänge im Granulat bleibt im Prozess weitestgehend erhalten. Mittels direktem 3D-Drucken auf endlosfaserverstärktes Tape kann mit Vorheizen des Tapes ein guter Haftverbund generiert werden. Ergänzend wurden zwei Komponenten entwickelt, die für eine Industrialisierung des Prozesses entscheidend sind: Zum einen wurde ein neues Düsenkonzept vorgestellt, das eine schnelle Anpassung des Massestroms während des 3D-Druckens ermöglicht. Zum anderen wurde eine Temperierdüse vorgestellt, mit der mittels Konvektion der abgelegte Strang gekühlt bzw. erhitzt werden kann.:1 Einleitung
2 Zielstellung
3 Literaturübersicht
4 Konzeption eines neuartigen 3D-Druck-Verfahrens
5 Analyse der kinematischen Eigenschaften
6 Betrachtung der Haftungsmechanismen
7 Untersuchung der mechanischen Eigenschaften
8 Weiterentwicklung von Anlagenkomponenten
9 Zusammenfassung und Ausblick / In this thesis, a manufacturing process is presented which enables the additive manufacturing of largevolume fibre-reinforced plastic components in skeleton construction by using an extruder together with special kinematics. The focus is on the analysis of the influence of the control variables on geometric and mechanical properties, as well as adhesion in the component. With regard to the geometric properties, a process model is being developed that shows the dependence of the strand width and height on the control variables. Experimental investigations are used to determine the process limits and the effects occurring at these limits. The procedure knows here large free spaces, so e.g. with a 1 mm nozzle strand widths of 1,2 bis 3,2mm can be obtained. The mechanical properties in the strand direction in 3D printing approximate the stiffness and strength of the injection molding reference. Due to the process, porosity in the material cannot be completely avoided, however, the fibers are strongly oriented and the fiber length in the granulate is largely retained in the process. Direct 3D printing on continuous fiber-reinforced tape can be used to generate a good adhesive bond by preheating the tape. In addition, two components were developed that are decisive for industrializing the process: On the one hand, a new nozzle concept was introduced that enables rapid adjustment of the mass flow during 3D printing. On the other hand, a nozzle was presented with which the deposited strand can be cooled or heated by convection.:1 Einleitung
2 Zielstellung
3 Literaturübersicht
4 Konzeption eines neuartigen 3D-Druck-Verfahrens
5 Analyse der kinematischen Eigenschaften
6 Betrachtung der Haftungsmechanismen
7 Untersuchung der mechanischen Eigenschaften
8 Weiterentwicklung von Anlagenkomponenten
9 Zusammenfassung und Ausblick
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Optimering av ljuddiffuser – Monteringsvänlighet och kostnadsreducering / Optimization of a noise diffuser – ease of assembly and overall cost reduction.Fox, David, Töyrä, Nils-Robin January 2018 (has links)
Målet med detta projekt har varit att utveckla en monteringsvänlig och kostnadseffektiv ljuddiffuser, en komponent som inte ska påverka ljudnivån och luftflödet för mycket, tillskillnad från den befintliga lösning som idag används i 3nine AB:s oljedimavskiljare. Examensarbetet följer den produktutvecklingsprocess som redogörs i boken Produktutveckling – Konstruktion och design av Karl T. Ulrich och Steven D. Eppinger. Där arbetet har anpassats för tidsramen på 10 veckor och delats upp i fyra faser. Fas1 – Förstudie, Fas 2 – faktainsamling, Fas 3 – Genomförande och Fas 4 – Rapportering. Den lösning som används idag består av fem vikta bitar sträckmetall som har sytts ihop med ståltråd, ljuddiffusern tar lång tid att montera ihop och att montera ned i maskinen. De fem vikta bitarna sträckmetall har vassa kanter efter klippning som försvårar monteringen ytterligare. En ljuddiffuser har en kostnad på 100 kr/st att framställa. För denna lösning togs mätvärden i 3nine AB:s verkstad fram som agerar som referensmätvärden, monteringstid – 333 [s], ljudnivå – 68 [dB], luftflöde – 319 [m ³/h] och DFA – index (mätvärde för monteringsvänlighet) – 5,4 %. Där 100 % ses som optimal monteringsvänlighet och högre DFA-index leder till reducerade kostnader. Då luft strömmar genom maskinen så påverkar detta mätvärdena och möjlig design av ny prototyper, men strömningslära är kunskaper som vi saknar och detta analyser med avseende på detta avgränsades bort. Genom Idéutvecklingsprocesser som Brainstorming, 6-3-5 Brainwritning, Morfologiskmatris, Pughmatris, konceptskisser, Virtuella koncept (3D-CAD) och friformsframställning (3D-utskrivning av prototyp) så togs fem prototyper fram som sedan testades för monteringstid, ljudnivå, luftflöde och DFA-index. Dessa tester resulterade i att det var en prototyp som utmärkte sig med förbättrade resultat jämfört med referensmätvärdena av befintliga ljuddiffusern. Mätvärden för prototypen ”45° väggen”, monteringstid – 16 [s], ljudnivå – 65 [dB], luftflöde – 342 [m ³/h] och DFA – index (mätvärde för monteringsvänlighet) – 93 %. Risk – och FEM-analys genomfördes på prototypen för att identifiera svagheter i konstruktionen, lösningar på dessa rekommenderas i form av små förändringar som t.ex. rundningar vid hörn. Dessa mätvärden redogör att den framtagna lösningen är bättre än dagens lösning och rekommenderas att implementeras och vidareutvecklas av företaget / The aim of this project has been to improve the existing noise diffuser used currently today in the oil-separatingmachines developed by 3nine AB. By reducing noise levels, increasing the air flow, increasing the “ease of assembly” and making it more cost effective. The thesis follows the product development process described in the book “Product Development - Construction and Design” by Karl T. Ulrich and Steven D. Eppinger. The work was adapted for a 10-week timeframe and divided into four phases. Phase 1 - Pre-Study, Phase 2 – Information gathering, Phase 3 - Implementation and Phase 4 - Reporting. The solution used today consists of five folded pieces of stretch metal that have been sewn together with steel wire, the noise diffuser takes a long time to assemble and to fit into the machine. The five folded pieces of stretch metal have sharp edges after cutting, which further complicates the assembly. The production cost for each diffuser is 100 kronor. For the present solution, the measurement values taken at 3nine AB's workshop were set as reference values, assembly time - 333 [s], noise level - 68 [dB], airflow - 319 [m³ / h] and DFA-index (measurement value for ease of assembly) - 5.4%. DFA-index when 100% is seen as the optimal ease of assembly and a higher DFA-index leads to reduced costs. As air flows through the machine, this affects the measured values and possible design of new prototypes, but fluid mechanics is one knowledge we lacked and therefor analysis of this was not possible and delimited. Through Idea Development Processes such as Brainstorming, 6-3-5 Brainwriting, Morphological Matrix, Pugh matrix, Concept Sketches, Virtual Concepts (3D-CAD) and Rapid prototyping (3D-prototype printing), five prototypes were produced, then tested for assembly time, noise level, airflow and DFA -index. These tests resulted in a prototype that featured improved results compared to the reference values of the existing noise diffuser. Measurement values for prototype "45° wall" where assembly time - 16 [s], noise level - 65 [dB], airflow - 342 [m³ / h] and DFA index - 93%. Risk-analysis and FEA was carried out on the same prototype to identify weaknesses in the design. The solutions to these weaknesses are recommended in the form of small design changes such as rounded sharp corners. These measured values state that the solution developed is better than today's solution and is recommended to be implemented and further developed by the company.
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Resolution-aware Slicing of CAD Data for 3D PrintingOnyeako, Isidore January 2016 (has links)
3D printing applications have achieved increased success as an additive manufacturing (AM) process. Micro-structure of mechanical/biological materials present design challenges owing to the resolution of 3D printers and material properties/composition. Biological materials are complex in structure and composition. Efforts have been made by 3D printer manufacturers to provide materials with varying physical, mechanical and chemical properties, to handle simple to complex applications. As 3D printing is finding more medical applications, we expect future uses in areas such as hip replacement - where smoothness of the femoral head is important to reduce friction that can cause a lot of pain to a patient. The issue of print resolution plays a vital role due to staircase effect. In some practical applications where 3D printing is intended to produce replacement parts with joints with movable parts, low resolution printing results in fused joints when the joint clearance is intended to be very small. Various 3D printers are capable of print resolutions of up to 600dpi (dots per inch) as quoted in their datasheets. Although the above quoted level of detail can satisfy the micro-structure needs of a large set of biological/mechanical models under investigation, it is important to include the ability of a 3D slicing application to check that the printer can properly produce the feature with the smallest detail in a model. A way to perform this check would be the physical measurement of printed parts and comparison to expected results. Our work includes a method for using ray casting to detect features in the 3D CAD models whose sizes are below the minimum allowed by the printer resolution. The resolution validation method is tested using a few simple and complex 3D models. Our proposed method serves two purposes: (a) to assist CAD model designers in developing models whose printability is assured. This is achieved by warning or preventing the designer when they are about to perform shape operations that will lead to regions/features with sizes lower than that of the printer resolution; (b) to validate slicing outputs before generation of G-Codes to identify regions/features with sizes lower than the printer resolution.
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Die TU Dresden als eine Keimzelle der Digitalisierung im Maschinenbau: Aktivitäten und Erfahrungen in der deutsch-deutschen und internationalen Zusammenarbeit von 1960 bis 2020Kochan, Detlef 29 April 2021 (has links)
Von Beginn der flexiblen Automatisierung mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und der zugehörigen Programmier-Software bis zum gegenwärtigen Entwicklungsstand (Industrie 4.0) wird die historische Entwicklung von 1960 bis 2020 aus der Position eines aktiven Mitgestalters dargestellt. Interessanterweise vollzogen sich die wesentlichen Entwicklungsetappen für die ersten dreißig Jahre parallel in beiden deutschen Staaten. Aus den Lehren des Zweiten Weltkrieges wurden im Rahmen der UNESCO zum friedlichen Informationsaustausch geeignete wissenschaftliche Organisationen gegründet:
• IFIP (Internationale Föderation für Informationsprozesse, speziell Arbeitsgrupp CAM
• CIRP (Internationale Akademie der Fertigungstechniker)
Mit der Berufung und aktiven Mitarbeit in diesen Organisationen war eine Plattform für die deutsch-deutsche und darüber hinaus internationale Kooperation gegeben. Ein besonderer Schwerpunkt für den geordneten Informationsaustausch im Rahmen der gesamten dynamischen Entwicklung im Gebiet der Produktionsautomatisierung war dabei die im 3-Jahres-Rhythmus durchgeführte Konferenzserie PROLAMAT (Programming Languages for Machine Tools), gestartet 1969 in Rom. Im weiteren Verlauf wurde dieser Begriff viel breiter für das gesamte Gebiet der automatisierten Informationsverarbeitung und Fertigung erweitert. Ein besonderer Höhepunkt war dabei die erfolgreichste PROLAMAT-Konferenz 1988 in Dresden.
Parallel dazu erfolgten an der TU Dresden Entwicklungen in Richtung CAD/CAM-Labor und später CIM-TT (CIM-Technologietransferzentrum). Damit war an der TU Dresden 1989/90 ein Entwicklungsstand gegeben, der unmittelbar zu gemeinsamen deutsch-deutschen und internationalen EU-Projekten genutzt werden konnte. Dieses hohe Entwicklungsniveau wurde zur offiziellen Eröffnung des CIM-TT-Zentrums in den Eröffnungsreferaten durch den damaligen Wissenschaftsminister Dr. Riesenhuber und Ministerpräsident Prof. Biedenkopf gewürdigt. Durch die zum gleichen Zeitpunkt verfügte veränderte Nutzung des für das CIM-TT im Aufbau befindliche Gebäude durch die neugegründete Juristische Fakultät wurde der erfolgreich vorbereitete Weg verhindert. Unabhängig davon blieb meine fachliche Orientierung mit den gravierenden Weiterentwicklungen eng verbunden. Dazu trug das Sabbatical-Jahr in Norwegen und den USA 1992 maßgeblich bei. Mit dem Forschungsaufenthalt war die Entscheidungsvorbereitung für die vorgesehene Groß-Investition für das neueste generative Verfahren verbunden. Gleichzeitig mit dem fundierten Nachweis der bestgeeigneten sog. Rapid-Prototyping-Anlage vom deutschen Anbieter EOS München war die TU Dresden auf diesem neuen High-Tech-Gebiet 1992 in einer anerkannten Spitzenposition. Mit meiner Publikation eines der ersten Fachbücher im Gebiet Advanced Prototyping (jetzt Additiv Manufacturing) war darüber hinaus eine gute Basis für weitere innovative Aktivitäten gegeben Dazu gehört die Gründung einer High-Tech-Firma (SFM - Schnelle Fertigung von Modellen) mit bemerkenswerten beispielgebenden Ergebnissen. Hervorgehoben soll die zwanzigjährige aktive Kooperation mit der Universität Stellenbosch (RSA - Republik Südafrika), die unter anderem
mit meiner Berufung zum Extraordinary Professor im Jahr 2003 verbunden ist. Mit der Eröffnung eines Technologie-Zentrums nach dem Vorbild des ursprünglichen CIM TT -Zentrums der TU Dresden konnte für Südafrika ein wertvoller Beitrag geleistet werden.
Das gesamte Lebenswerk ist gekennzeichnet durch die Entwicklungsschritte von der Mathematisierung über die Algorithmierung bis hin zur Programmierung vielfältiger technologischer Sachverhalte. Die Ergebnisse sind in einer Anzahl von persönlichen Fachbüchern (z.T. übersetzt in das Russische und Ungarische) wie auch Konferenzberichten und mehr als 200 Veröffentlichungen (deutsch und englisch) dokumentiert.
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PRODUCT-APPLICATION FIT, CONCEPTUALIZATION, AND DESIGN OF TECHNOLOGIES: PROSTHETIC HAND TO MULTI-CORE VAPOR CHAMBERSSoumya Bandyopadhyay (13171827) 29 July 2022 (has links)
<p>From idea generation to conceptualization and development of products and technologies is a non-linear and iterative process. The work in this thesis follows a process that initiates with the review of existing technologies and products, examining their unique value proposition in the context of the specific applications for which they are designed. Next, the unmet needs of novel or emerging applications are identified that require new product or technologies. Once these user needs and product requirements are identified, the specific functions to be addressed by the product are specified. The subsequent process of design of products and technologies to meet these functions is enabled by engineering tools such as three-dimensional modelling, physics-based simulations, and manufacturing of a minimum viable prototype. In these steps, un-biased decisions have to be taken using weighted decision matrices to cater to the design requirements. Finally, the minimum viable prototype is tested to demonstrate the principal functionalities. The results obtained from the testing process identify the potential future improvements in the next generations of the prototype that would subsequently inform the final design of product. This thesis adopted this methodology to initiate the design two product-prototypes: i) an image-recognition-integrated service (IRIS) robotic hand for children and ii) cascaded multi-core vapor chamber (CMVC) for improving performance of next-generation computing systems. Minimum viable product-prototypes were manufactured to demonstrate the principal functionalities, followed by clear identification of future potential improvements. Tests of the prosthetic hand indicate that the image-recognition based feedback can successfully drive the actuators to perform the intended grasping motions. Experimental testing with the multi-core vapor chamber demonstrates successful performance of the prototype, which offers notable reduction in temperatures relative to the existing benchmark solid copper spreader. </p>
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TU-Spektrum 2/2004, Magazin der Technischen Universität ChemnitzSteinebach, Mario, Friebel, Alexander, Häckel-Riffler, Christine, Tzschucke, Volker, Pollmer, Caroline, Horst, Gabriela, Brabandt, Antje, Reichold, Kathrin 15 December 2004 (has links) (PDF)
zweimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz, ergänzt von Sonderheft(en)
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TU-Spektrum 2/2004, Magazin der Technischen Universität ChemnitzSteinebach, Mario, Friebel, Alexander, Häckel-Riffler, Christine, Tzschucke, Volker, Pollmer, Caroline, Horst, Gabriela, Brabandt, Antje, Reichold, Kathrin 15 December 2004 (has links)
zweimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz, ergänzt von Sonderheft(en)
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