„Pulverbettbasiertes Strahlschmelzen – neue Forschungserkenntnisse“

Auf dem Weg vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing ist erhöhte Prozesssicherheit sowie die Beherrschung verfahrensspezifischer Phänomene notwendig, um die immer weiter steigenden und konkreteren Bauteilanforderungen zu erfüllen. Dazu wurden diverse im SLM-Prozess auftretende Effekte untersucht. Basis der vorgestellten Entwicklungen sind grundlegende Erkenntnisse zur Oberflächenqualität von SLM-Bauteilen und Einflussgrößen auf Dichte und mechanische Eigenschaften der Bauteile verschiedener Werkstoffe. Ergebnis sind verschiedene Weiterentwicklungen der Standardbelichtungsstrategie, wodurch etwa Eigenspannungseffekte und Spritzerbildung positiv beeinflusst werden können.

Simulationsgestütztes Design eines Spritzgieß-Werkzeugeinsatzes mit kontur-angepasster Kühlung

Moderne generische Fertigungsverfahren für innengekühlte Werkzeuge bieten nahezu beliebige Freiheitsgrade zur Gestaltung konturnaher Kühlkanäle. Daraus resultiert ein erhöhter Anspruch an das Werkzeugengineering und die Optimierung der Kühlleistung. Geeignete Simulationsverfahren (wie z.B. Computational Fluid Dynamics - CFD) unterstützen die optimierte Werkzeugauslegung in idealer Weise. Mit der Erstellung virtueller Teststände können Varianten effizient und kostengünstig verglichen und die Kosten für Prototypen und Nacharbeiten reduziert werden. Im Computermodell des Werkzeugs erlauben Soft-Sensoren an beliebiger Position die Überwachung temperatur-kritischer Stellen sowohl im Fluid- als auch im Solidbereich. Der hier durchgeführte Benchmark vergleicht die Performance eines optimierten Werkzeugeinsatzes mit einer konventionellen Kühlung. Die im virtuellen Prozess vorhergesagte Zykluszeitreduzierung steht in guter Übereinstimmung mit realen Experimenten an den ausgeführten Werkzeugen.

Trends and Expertise Exchange within Rapid Manufacturing in Europe

Rapid Manufacturing (RM) umfasst den Begriff der direkten und wirtschaftlichen Bauteilherstellung des Serienprodukts aus 3D-Daten. Die Hauptvorteile sind u.a. das Wegfallen von Werkzeugen und eine Designfreiheit in der Produktentwicklung, die noch vor wenigen Jahren undenkbar war. Wenngleich heute eine Vielzahl von Werkstoffen im Kunststoff- und Metallbereich einsetzbar sind, konzentriert sich die Verbreitung des RM allerdings auf besondere Technologie- und Wirtschaftszweige, aufgrund mangelnder Erfahrungswerte, teilweise abweichender Werkstoffeigenschaften, fehlender Standards und ungeeigneter Testmethoden. In der Praxis sind Ingenieure und Techniker stark darauf bedacht, auf etablierte Abläufe und Standards zurückzugreifen. Es ist daher schwer einen geeigneten RM-Prozess aufzubauen, wo wichtige Eingangsgrößen meist unbekannt sind. In diesem Bericht wird beschrieben, welche Informationskanäle es innerhalb Europas zum Thema RM gibt und welche Hochschulen und Forschungszentren Aktivitäten aufweisen. Darüber hinaus werden Anwendungsfelder des RM aufgeführt, die über die bekannten Anwendungsfelder hinaus gehen. Dazu gehören Anwendungen im Bereich der Elektrotechnik, Raumfahrtinstrumentation und der Mode. Obwohl nicht alle Anwendungen des RM in diesem Bericht aufgeführt werden, sind einige Schlüsselinformationen im Bereich innovativer Anwendungen von RM enthalten.

Die Europäische Union auf dem Weg zur Verfassungsrechtsgemeinschaft

Obwohl der Ursprung der europäischen Einigungsgeschichte im wirtschaftlichen Bereich lag, hatte die Integration von Beginn an auch politischen Charakter. Schon die römischen Verträge enthielten Ansätze einer Konstitutionalisierung und auch die Bezeichnung der Verträge als Verfassung wurde seit den 60er-Jahren unter Rechtswissenschaftlern immer gebräuchlicher, auch wenn dies stets umstritten war. Unabhängig vom Streit über den Verfassungsbegriff hat die von den Verträgen gebildete Rechtsordnung jedenfalls inhaltlich Verfassungscharakter. Sie enthält Regelungen, die man gemeinhin mit einer Staatsverfassung verbindet. Die europäische Integration war stets von verfassungsrechtlichen Idealen getragen, weshalb man die Mitgliedstaaten auch als eine Verfassungsrechtsgemeinschaft bezeichnen kann. Bedeutende Weiterentwicklungen erfuhr der Konstitutionalisierungsprozess mit der Konventsmethode und der Erarbeitung der Grundrechte-Charta. Fortgesetzt wurde dieser Prozess mit dem Entwurf über den Verfassungsvertrag für Europa. Da in ihm typische Gehalte einer Verfassung verkörpert sind, verdient er durchaus auch diese Bezeichnung. Auf seiner Basis sollte ein schlanker, übersichtlicher und verständlicher Verfassungstext geschaffen werden, der die Reform und Integration Europas weiter führt und ein Instrument der Identitätsstiftung sein kann.

Grußwort der Prorektorin

In ihrem Grußwort erinnert die Rechtswissenschaftlerin und Prorektorin der Universität zu Köln, Prof. Dr. Barbara Dauner-Lieb, an die Worte des einstigen Kölner Oberbürgermeisters, Konrad Adenauer, aus dem Jahr 1919, mit denen er Völkerversöhnung und Völkerverständigung als besondere Aufgabe der damals gerade wiedereröffneten Universität zu Köln beschwört. Dauner-Lieb zeigt auf, in welcher vielfätigen Weise die Universität zu Köln heute diesem Anspruch genügt: Neben Austauschprogrammen, EU-geförderten Projekten und vielfältigen weiteren Projekten mit europäischen Fragestellungen weist sie insbesondere auf zwei Studiengänge hin, die an der Philosophischen und der Rechtswissenschaftlichen Fakultät gleichzeitig studiert werden und den Studierenden besondere Karriere-Chancen bieten: Der Deutsch-Französische Masterstudiengang Rechtswissenschaft und der Verbundstudiengang Europäische Rechtslinguistik. Sie erwähnt allerdings auch Projekte und Tendenzen der Europäisierung an den Universitäten, die sie mit großer Skepsis betrachtet, darunter den Bologna-Prozess als solchen. Dieser könne zu einem Werteverlust führen, ohne gleichzeitig neue Werte zu schaffen. Damit appeliert Dauner-Lieb an eine kritische Auseinandersetzung der Wissenschaft mit der Europäisierung.

Verknüpfung von Identifikationstechnologien an Flurförderzeugen mit übergeordneten Lagerverwaltungssystemen mittels standardisierter IT-Integration

Prozessverbesserungsvorschläge durch den Einsatz von RFID und anderen neuen Technologien können die Effizienz in der Intralogistik steigern indem manuelle Kontrollschritte entfallen. Zusätzlich wird eine Verringerung der Fehlerquote erreicht und dadurch z.B. Fehlverladungen vermieden. Die Prozesssteuerung der Staplerfahrer und die Datenverarbeitung führen meist Lagerverwaltungssysteme durch. Bisher erfüllt dabei projektindividuelle Software die Vermittlerrolle zwischen der RFID-Hardware auf den Flurförderzeugen und der Dateneingabe. Eine systematische und umfassende Integration in die prozessführenden Lagerverwaltungssysteme auf dieser dezentralen Ebene wurde in der Vergangenheit vernachlässigt. Diese ist allerdings unabdingbar, um das gesamte Potenzial der Prozessverbesserung auszuschöpfen. Der zugrunde liegende Beitrag betrachtet eine standardisierte softwaretechnische Integration und leitet ein Konzept her, welches anhand eines Umsetzungsbeispiels validiert wurde.

Darstellung von Entscheidungskriterien zur Produktion und Distribution von Online-Vorlesungen

Das Interesse an Online-Vorlesungen, -Vorträgen oder -Präsentationen für E-Learning hat deutlich zugenommen. Hierfür gibt es eine Reihe von Gründen, die mit neuen Formen der Produktion und Distribution von Online-Vorlesungen zusammenhängen. Mit der Verfügbarkeit von Rapid-Authoring-Werkzeugen wird der Workflow für die Erstellung und den Einsatz von Online-Vorlesungen erleichtert und flexibilisiert. Hierbei ist zu beobachten, dass durch die Vielzahl der Möglichkeiten im Workflow zunehmend individuelle Rahmenbedingungen und Anforderungen berücksichtigt werden können. Der folgende Beitrag beschreibt diese Veränderungen. Er fasst die Optionen im Prozess der Produktion und Distribution von Online-Vorträgen im Internet zusammen. Ein solcher Überblick über das Themengebiet ist erforderlich für das Herausarbeiten eines individuellen Workflows. Hierzu werden Entscheidungskriterien für die Auswahl von Werkzeugen und Plattformen dargestellt und die mediendidaktischen Implikationen diskutiert.

Ansätze zur Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren durch die Einführung eines Kennzahlensystems

Generative Fertigungsverfahren haben sich in den letzten Jahren als effektive Werkzeuge für die schnelle Entwicklung von Produkten nahezu beliebiger Komplexität entwickelt. Gleichzeitig wird gefordert, die Reproduzierbarkeit der Bauteile und auch seriennahe bzw. seriengleiche Eigenschaften zu gewährleisten. Die Vielfalt und der Umfang der Anwendungen sowie die große Anzahl verschiedener generativer Fertigungsverfahren verlangen adäquate Qualitätsüberwachungs- und Qualitätskontrollsysteme. Ein Lösungsansatz für die Qualitätsbewertung von generativen Fertigungsverfahren besteht in der Einführung eines Kennzahlensystems. Hierzu müssen zunächst Anforderungsprofile und Qualitätsmerkmale für generativ hergestellte Bauteile definiert werden, welche durch Prüfkörpergeometrien abgebildet und mit Hilfe von Einzelkennzahlen klassifiziert werden. In Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde die Qualitätsbewertung anhand von Prüfkörpergeometrien am Beispiel des Laser-Sinterprozesses qualifiziert. Durch Beeinflussung der Prozessparameter, d.h. der gezielten Einbringung von Störgrößen, welche einzeln oder in Kombination zu unzulässigen Qualitätsschwankungen führen können, ist es möglich, die Qualität des Produktes zu beurteilen. Die Definition von Einzelkennzahlen, die eine Steuerung und Kontrolle sowie eine Vorhersage potentieller Fehler ermöglicht, bietet hierbei essentielle Möglichkeiten zur Qualitätsbewertung. Eine Zusammenführung zu einem gesamtheitlichen Kennzahlensystem soll zum einen den Prozess auf Grundlage der definierten Anforderungsprofile bewerten und zum anderen einen direkten Zusammenhang der ausgewählten Störgrößen und Prozessgrößen herleiten, um vorab eine Aussage über die Bauteilqualität treffen zu können.

3D-Druck von Kunststoff-Medizinprodukten

Das Additive Manufacturing gewinnt im Bereich der Medizintechnik zur Herstellung von Prototypen bis hin zu Endprodukten zunehmend an Bedeutung. Ein großes Hemmnis stellen allerdings die relativ hohen Fertigungskosten dar. Hier bietet der verstärkte Einsatz der 3D-Drucktechnologie (3D Printing) ein erhebliches Potential zur Reduktion der Kosten. Aus dieser Motivation heraus wurde ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung biokompatibler, sterilisierbarer Kunststoffmodelle entwickelt. Beim 3D-Druck-Verfahren handelt es sich um einen pulverbasierten Prozess zur schichtweisen Herstellung von Modellen direkt aus Computerdaten. Dabei werden dünne Schichten eines Pulvers auf eine Grundplatte aufgebracht, die dann durch gezielte Binderzugabe entsprechend des aktuellen Bauteilquerschnitts verfestigt werden. Ausgangsmaterial für diesen Prozess ist ein Granulatgemisch auf Basis von PMMA (Polymethylmethacrylat). Als Binderflüssigkeit wird ein Lösungsmittel eingesetzt. Die 3D gedruckten Modelle werden nach einer entsprechenden Trocknungszeit im Pulverbett entpackt und warmgelagert, um das Abdampfen des Lösungsmittels zu beschleunigen. Der Nachweis der Biokompatibilität der hergestellten Modelle erfolgte durch einen Test nach DIN EN ISO 10993-5. In Kooperation mit Anwendern wurden verschiedene Anwendungsbeispiele wie Bohrschablonen, Otoplastiken, Gebissmodelle und Modelle für die präoperative Planung realisiert und charakterisiert.

Fehlervermeidung in der Kommissionierung

Manuelle Kommissioniersysteme sind aufgrund ihrer Flexibilität weit verbreitet, jedoch treten bei diesen auch vermehrt Kommissionierfehler auf, die weitreichende Folgen haben können. Deshalb werden zu Beginn des Beitrags die Auswirkungen und Ursachen von Kommissionierfehlern betrachtet. Der Fokus des Beitrags liegt auf der Darlegung von Möglichkeiten zur Fehlervermeidung. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, der Maßnahmen aus den Handlungsfeldern Technik, Prozess, Organisation und Motivation umfasst. Als Ausblick auf zukünftige technische Hilfsmittel zur Fehlervermeidung wird das Augmented-Reality-unterstützte System Pick-by-Vision aus der Forschung vorgestellt, das wesentliche Vorteile existierender Techniken der Informationsbereitstellung vereinigt.

Prediction of PA12 melt viscosity in Laser Sintering by a Time and Temperature dependent rheological model

Ein auf Basis von Prozessdaten kalibriertes Viskositätsmodell wird vorgeschlagen und zur Vorhersage der Viskosität einer Polyamid 12 (PA12) Kunststoffschmelze als Funktion von Zeit, Temperatur und Schergeschwindigkeit angewandt. Im ersten Schritt wurde das Viskositätsmodell aus experimentellen Daten abgeleitet. Es beruht hauptsächlich auf dem drei-parametrigen Ansatz von Carreau, wobei zwei zusätzliche Verschiebungsfaktoren eingesetzt werden. Die Temperaturabhängigkeit der Viskosität wird mithilfe des Verschiebungsfaktors aT von Arrhenius berücksichtigt. Ein weiterer Verschiebungsfaktor aSC (Structural Change) wird eingeführt, der die Strukturänderung von PA12 als Folge der Prozessbedingungen beim Lasersintern beschreibt. Beobachtet wurde die Strukturänderung in Form einer signifikanten Viskositätserhöhung. Es wurde geschlussfolgert, dass diese Viskositätserhöhung auf einen Molmassenaufbau zurückzuführen ist und als Nachkondensation verstanden werden kann. Abhängig von den Zeit- und Temperaturbedingungen wurde festgestellt, dass die Viskosität als Folge des Molmassenaufbaus exponentiell gegen eine irreversible Grenze strebt. Die Geschwindigkeit dieser Nachkondensation ist zeit- und temperaturabhängig. Es wird angenommen, dass die Pulverbetttemperatur einen Molmassenaufbau verursacht und es damit zur Kettenverlängerung kommt. Dieser fortschreitende Prozess der zunehmenden Kettenlängen setzt molekulare Beweglichkeit herab und unterbindet die weitere Nachkondensation. Der Verschiebungsfaktor aSC drückt diese physikalisch-chemische Modellvorstellung aus und beinhaltet zwei zusätzliche Parameter. Der Parameter aSC,UL entspricht der oberen Viskositätsgrenze, wohingegen k0 die Strukturänderungsrate angibt. Es wurde weiterhin festgestellt, dass es folglich nützlich ist zwischen einer Fließaktivierungsenergie und einer Strukturänderungsaktivierungsenergie für die Berechnung von aT und aSC zu unterscheiden. Die Optimierung der Modellparameter erfolgte mithilfe eines genetischen Algorithmus. Zwischen berechneten und gemessenen Viskositäten wurde eine gute Übereinstimmung gefunden, so dass das Viskositätsmodell in der Lage ist die Viskosität einer PA12 Kunststoffschmelze als Folge eines kombinierten Lasersinter Zeit- und Temperatureinflusses vorherzusagen. Das Modell wurde im zweiten Schritt angewandt, um die Viskosität während des Lasersinter-Prozesses in Abhängigkeit von der Energiedichte zu berechnen. Hierzu wurden Prozessdaten, wie Schmelzetemperatur und Belichtungszeit benutzt, die mithilfe einer High-Speed Thermografiekamera on-line gemessen wurden. Abschließend wurde der Einfluss der Strukturänderung auf das Viskositätsniveau im Prozess aufgezeigt.

Abstrahierendes Lernen durch aktive Modellbildung: Evaluation eines Prozesses und einer Lernumgebung

Die Fähigkeit zum Lernen durch Abstraktion aus Erfahrungen unterscheidet Experten von Novizen. Wir stellen einen Prozess für individuelles abstrahierendes Lernen und eine diesen Prozess unterstützende Lernumgebung vor. Die Ergebnisse einer Pilotstudie zeigen, dass Lernende unter Nutzung der Lernumgebung aus Fallbeispielen ein abstraktes Modell erstellen und über ihren Prozess reflektieren konnten. Dies fiel ihnen leichter, wenn die Fallbeispiele wenige gemeinsame Oberflächenmerkmale aufwiesen. Im Gegensatz zum intendierten Lernprozess wandten manche Lernende einen anderen Prozess an.

Zielgerechte Logistikkonzepte in Betrachtung von LNG- Umschlageplätzen unter Berücksichtigung von Industrie 4.0

Logistikkonzepte in der Spedition und Transportgewerbe spielen heutzutage eine immer wichtigere Rolle, um Lohnnebenkosten so niedrig wie möglich zu halten. Gerade in der Spedition entsteht ein Zusammenspiel aus zeitnaher Lieferung von Konsumgütern und Optimierung der Lagerhaltungskosten bei dem die modulare Integration von Logistik, Informationstechnischen Systemen und vernetzter Kommunikation eine ganz spezifische Rolle hat. Anbindung von der Industrie zum Kunden wird dadurch immer mehr verstärkt, wobei sich somit dies zusehends zu einem Technologietransfer der Industrie 4.0 entwickelt. Die deutsche Wirtschaft steht augenblicklich am Übergabepunkt zur virtuellen Revolution im Industriezeitalter.