Aus der Einleitung: "Das selektive Elektronenstrahlschmelzen (engl. Electron Beam Melting (EBM®)) ist ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren, mit dessen Hilfe metallische Bauteile schichtweise hergestellt werden können. Der schematische Aufbau einer entsprechenden Anlage ist in Abbildung 4 dargestellt. Dabei erfolgt die Strahlerzeugung im Bereich 1 (die Kathode besteht entweder aus Wolfram oder bei den neuesten Systemen aus einkristallinem LaB6). Die Strahlablenkung durch ein elektromagnetisches Linsensystem erfolgt im Bereich 2. Der Bereich 3 ist die eigentliche Baukammer, in der sich unter anderem die Vorratsbehälter für das Pulver, das Rakelsystem sowie die Komponenten des Bauraums (Käfig mit Hitzeschild, Bauplattform mit Startplatte) befinden. ..."

Aus der Einleitung: "Die Produktarchitektur ist ein Modell zur Abbildung der Verknüpfung zwischen funktionaler und physischer Sichtweise auf ein Produkt und Ausgangspunkt für eine Vielzahl von Methoden, u. a. zur Funktionsintegration oder Modularisierung. Die dabei adressierten Ziele der Produktentwicklung sind sehr unterschiedlich und fokussieren bspw. die Reduktion der Teilezahl und des Gesamtgewichts oder eine effiziente Variantenerzeugung durch Produktbaukästen. Der Lösungsraum bei der Produktarchitekturgestaltung wird maßgeblich durch bekannte und nutzbare Technologien und deren Restriktionen bestimmt. So geht die spanende Fertigung mit steigender geometrischer Komplexität der Bauteile oftmals mit einer erheblichen Kostensteigerung einher. Werkzeugerfordernde Fertigungstechnologien wie bspw. das Druckgießen sind in der Regel nur für größere Bauteilstückzahlen rentabel. Die Einführung additiver Fertigungsverfahren bietet neue Möglichkeiten zur Überwindung dieser Restriktionen und zur Realisierung zusätzlicher Freiheiten in Bezug auf die geometrische Gestaltung sowie Materialzusammensetzung bei der Produktarchitekturgestaltung. Während der Produktentwicklung werden die Potentiale additiver Fertigungsverfahren jedoch oft nicht umfassend berücksichtigt, wodurch besonders bei der Gestaltung der Produktarchitektur große Potentiale unerschlossen bleiben. Stattdessen erfolgt die Gestaltung der Produktarchitektur implizit und Möglichkeiten bspw. zur Funktionsintegration werden nur vereinzelt genutzt. Aus diesem Defizit leitet sich die zentrale Fragestellung dieses Beitrags ab: Wie können Potentiale additiver Fertigungsverfahren bei der Gestaltung der Produktarchitektur systematisch berücksichtigt werden? Zur Beantwortung dieser Frage wird in Abschnitt 2 die Produktarchitekturgestaltung in den Produktentwicklungsprozess eingeordnet und aufgezeigt, wie verschiedene Zielstellungen einer Produktentwicklung durch sie adressiert werden können. Technologische Einflüsse auf die Produktarchitekturgestaltung werden in Abschnitt 3 am Beispiel von additiven Fertigungstechnologien erläutert, bevor in Abschnitt 4 ein methodisches Rahmenwerk vorgestellt wird, welches die Nutzung von Potentialen additiver Fertigungsverfahren durch die Bereitstellung von Prinzipien unterstützt. Die Anwendung des Rahmenwerks wird in Abschnitt 5 am Beispiel eines adaptiven Drehgelenks für Parallelroboter verdeutlicht.

Die Additive Fertigung spielt heutzutage auch in der Automobilindustrie eine bedeutende Rolle. Eine Ausprägungsform, das pulverbett-basierte LaserCUSING®-Verfahren, bietet viele neue Möglichkeiten. Im Folgenden wird zunächst ein kurzer Überblick über das Verfahren gegeben und anschließend der Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive anhand eines gemeinsamen Projekts der EDAG Engineering GmbH, des Laser Zentrums Nord, der BLM Group und der Concept Laser GmbH verdeutlicht. Hier wurde auf Basis des EDAG Light Cocoon ein topologisch optimierter und hybrid gefertigter Spaceframe entwickelt. Die Karosserieknoten wurden mittels LaserCUSING® additiv hergestellt.

Einleitung Immer höhere Anforderungen an die Interdisziplinarität der virtuellen Produktentwicklung (VPE) erfordern qualifizierte Produktmodelle, die eine vollständige Integration und Verknüpfung aller relevanten Teilprozesse absichern. Gleichzeitig soll dabei für den Anwender das Produktverständnis, wie auch die Qualität des Produktes und des Prozesses erhöht werden. Eine Folge daraus sind kurze Innovationszyklen und eine Erhöhung der Transparenz des Prozesses. Die Anwendung numerischer Simulationsmethoden hat sich als dritter essentieller Bestandteil neben Konstruktion und Versuch in der VPE etabliert (Pährisch et al. 2012). Eine Absicherung durch virtuelle Prototypen in einer frühen Konzeptphase unterstützt dabei den Konstruktionsprozess. Ein Nachteil ist, dass die Verwendung virtueller Prototypen noch unzureichend in die übrigen Prozessschritte integriert und damit eine Sensibilisierung für eine vorausschauende Modellerzeugung noch nicht vorhanden ist. Ebenso ergab eine Studie, dass Berechnungsingenieure durchschnittlich 50% ihrer Arbeitszeit auf Datenbeschaffung verwenden müssen und nur jeweils 10% auf die Modellaufbereitung (Sendler et al. 2011). Dies liegt u. a. an der sog. Kommunikationsbarriere zwischen der Konstruktion und Simulation beschreibt. Eine Lösung dazu ist eine tiefergehende Integration dieser beiden Disziplinen in ein Produktmodell. Ein Lösungsansatz ist die Durchführung konstruktionsbegleitender Simulationen. Diese können mit in CAD-Systemen integrierten Simulationsmodulen durchgeführt werden. Die Integrationstiefe der gegebenen Verknüpfungen ist allerdings meist sehr gering. Dieser Beitrag befasst sich mit Techniken, welche einen systematischen Aufbau eines simulationsorientierten Produktmodells absichern. Umgesetzt wird dies durch die Verwendung simulationsgerechter Komponenten, Feature und Analysen. Diese unterstützen eine automatisierte Modelltransformation im CAD-Prozess, an der Schnittstelle von Konstruktion und Simulation. Damit wird die Prozesskette Konstruktion-Simulation verkürzt. Ebenso werden auch durch die Integration tiefgehender Inferenzmechanismen fortgeschrittene Simulationstechniken, wie auch die Definition und Informationsübergabe von Rand- und Lastbedingungen und weiteren Details auf höherer Instanz ermöglicht.

Aus der Einleitung: "Im Tissue Engineering und in der Medizintechnik gewinnt das Rapid Prototyping (RP), das zu den additiven Fertigungsverfahren zählt, zunehmend an Bedeutung (Zhang, et al. 2015) (Li, et al. 2014). Für die Verarbeitung von thermoplastischen Biopolymeren ist das Fused Deposition Modeling (FDM, schematische Darstellung in Abbildung 1) von zentralem Stellenwert. ..."

Zusammenfassung Heutige Ansätze des 3D-Trackings für die Registrierung in der realen Welt zum Einsatz von Augmented Reality lassen sich in modellbasierte und umgebungsbasierte Verfahren unterteilen. Umgebungsbasierte Verfahren nutzen den SLAM-Algorithmus zur Erzeugung dreidimensionaler Punktwolken der Umgebung in Echtzeit. Modellbasierte Verfahren finden Ihren Ursprung im Canny edge detector und nutzen aus den CAD-Modellen abgeleitete Kantenmodelle. Wird das modellbasierte Verfahren über Kantendetektion und das umgebungsbasierte Verfahren über 3DPunktewolken kombiniert, ergibt sich ein robustes, hybrides 3D-Tracking. Die entsprechenden Algorithmen der verschiedenen Verfahren sind in heute verfügbaren AR-Frameworks bereits implementiert. Der vorliegende Betrag zeigt zwar, welche Effizienz das hybride 3D-Tracking aufweist, jedoch auch die Problematik der erforderlichen geometrischen Ähnlichkeit von idealem CAD-Modell, bzw. Kantenmodell, und realem Objekt. Bei unterschiedlichen Montagestufen an verschiedenen Montagestationen und mit wechselnden Anwendern ist beispielsweise eine erneute Initialisierung erforderlich. Somit bedingt das hybride 3D-Tracking zahlreiche Kantenmodell, die zuvor aus der jeweiligen Montagestufe abgeleitet werden müssen. Hinzu kommen geometrische Abweichungen durch die Fertigung, die je nach Größe der branchenspezifischen Toleranzen keine hinreichend hohe Übereinstimmung mit den abgeleiteten Kantenmodellen aus den idealen CAD-Modellen aufweisen. Die Autoren schlagen daher den Einsatz parametrisch aufgebauter Mastermodelle vor, welche durch eine interaktive Initialisierung geometrisch Instanziiert werden. Zum Einsatz kommt hier ein mobiler Tiefensensor für Smart Devices, welcher mit Hilfe des Anwenders eine Relation der realen geometrischen Merkmale mit den Idealen des CAD-Modells ermöglicht. Des Weiteren wird in dem dargestellten Konzept die Nutzung von speziellen Suchalgorithmen basierend auf geometrischen Ähnlichkeiten vorgeschlagen, sodass eine Registrierung und Instanziierung auch ohne hinterlegtes Mastermodell ermöglicht wird. Der Beitrag fokussiert sich bei der Validierung auf die interaktive Initialisierung anhand eines konkreten anwendungsnahen Beispiels, da die Initialisierung die Grundlage für die weitere Entwicklung des Gesamtkonzeptes darstellt.

Aus der Einleitung: "Xenobiotika werden durch den Menschen in die Stoffkreisläufe der Natur eingebracht, sie sind dort ursprünglich nicht anzutreffen. Dazu zählen auch Medikamente, die der menschliche Körper in kurzer Zeit wieder ausscheidet ohne diese abzubauen. Die bestehenden Abwasserreinigungsanlagen sind derzeit nicht in der Lage diese Frachten vollständig zu eliminieren, sodass sie unweigerlich in die Umwelt gelangen und dort undefiniert Einfluss nehmen. Xenobiotika können bereits in den großen Wasserreservoirs der Erde detektiert werden, die Prognose für die nächsten Jahre zeigt eine 30% Steigerung der Emissionen auf. In Deutschland gelangen z.B. jährlich 63 Tonnen des Schmerzmittels Diclofenac in die Flüsse (Bundesumweltamt 2014). Der Mensch hinterlässt regelrechte anthropogene Fußabdrücke, bestehend aus Schmerzmitteln, Antibiotika und Hormonen. Die problematischen Emissionen einiger Xenobiotika treten anhand von Folgeerscheinungen weltweit immer gravierender zutage (Bundesumweltamt 2014). So müssen das globale Artensterben (Geier in Indien), die Verweiblichung von Tierpopulationen in aquatischen Systemen und Krebserkrankungen mit partiell hohen Xenobiotika-Belastungen in der Umwelt in Zusammenhang gebracht werden. Die Entfernung von Xenobiotika insbesondere aus den Wasserkreisläufen stellt eine große ökonomische als auch ökologische Herausforderung zum Schutz der Lebensräume dar. ..."

Hintergrund "Die ersten in Serie produzierten und kommerziell relevanten Windkraftanlagen (WKA) wurden in den frühen 1990er Jahren aufgestellt. In Deutschland, wie auch in anderen Ländern, wurden in dieser Zeit Förderprogramme wie das Stromeinspeisegesetz aufgelegt und ein zügiger Ausbau der Windenergienutzung setzte ein. So wurden zu Beginn der 1990er Jahre ca. 200 Anlagen mit je bis zu 300 kW pro Jahr installiert und Ende der 1990er Jahre waren es schon bis zu 1500 Anlagen pro Jahr mit je mehr als 1500 kW Leistung. In den 2000ern stieg die Durchschnittsleitung der jährlich installierten Anlagen auf über 2 MW auch wenn sich die Anzahl der Installationen verringerte, siehe Abbildung 1 bei Ender (Ender 2015). Insgesamt sind ca. 3000 Altanlagen entweder schon ca. 20 Jahre im Betrieb und haben damit ihre Konstruktionslebenszeit erreicht oder sind kurz davor. Wie in Abbildung 1 bei Ender (Ender 2015) deutlich zu sehen, steht damit ein rapider Anstieg der von Abriss oder Weiterbetrieb betroffenen Anlagen in den nächsten 5 Jahren bevor. ..."

Aus der Einführung "Durch die Vernetzung von Produkten im Internet der Dinge / Internet of Things (IoT) und die damit einhergehende Verfügbarkeit von Daten, können nicht nur Produkte selbstständig agieren, reagieren und Aktionen auslösen, sondern auch externe Empfänger die von ihnen gelieferten Daten auswerten und für zusätzliche Services nutzen (Eisenhauer 2007, Abramovici et al. 2014). Dies birgt unter Anderem enorme Potentiale bei der Instandhaltung von technischen Anlagen (Wohlgemut 2007). Diese Anlagen oder Produktionsstätten sind in aller Regel komplexe Systeme, die aus einer heterogenen Landschaft von Subsystemen bestehen. Ohne vorhergehende Kenntnisse einer Maschine ist die Analyse oder Überprüfung solcher Systeme schwierig bis unmöglich. Weiterhin stehen die technischen Dokumentationen und Wartungshistorien bei solchen Tätigkeiten häufig nicht vollständig oder nur in Papierform vor Ort zur Verfügung, während der aktuelle Status der Anlage nicht mit den vorhandenen Informationen überlagert werden kann. ..."

Inhalt Die Technologien des Rapid Prototypings erreichen eine immer größer werdende Marktdurchdringung und erweitern die Möglichkeiten von Ingenieuren und Spezialisten angrenzender Fachbereiche. Je nach Datenursprung werden Schnittstellen wie Step oder STL genutzt oder es sind Zwischenschritte erforderlich, um die Daten aus 3D Scannern oder bildgebenden Quellen (CT; MRT) weiter zu verarbeiten. Dabei gibt es Fehler und Ungenauigkeiten in der Datenkette, die analysiert hier werden sollen. Aus den Kenntnissen über die Fehler sollen Methoden aufgezeigt werden, um die Datenqualität zu erhöhen, die Datenmengen zu verringern und die Prozesse zu stabilisieren. / Data quality rapid prototyping processes The rapid prototyping technologies achieve a bigger market penetration and expand the capabilities of engineers and specialists fields. Depending on the data source interfaces such as Step or STL are used or there are intermediate steps required to process the data from 3D scanners or imaging sources such as CT, MRI or X-ray on. There are errors and inaccuracies in the data flow, which have to be analyzed. Methods are from the knowledge of the errors are pointed out, which will enable to increase the data quality and to make the process more stable.