Virtuelle Prototypen – Möglichkeiten und Grenzen

Die Ergebnisse der Konstruktion können so aufbereitet werden, dass sie nach entsprechenden Berechnungen und Simulationen als virtuelle Prototypen zur Verfügen gestellt werden können. Die Möglichkeiten des Einsatzes virtueller Prototypen werden aufgezeigt. Der Unterschied zwischen virtuellen und realen Prototypen in Bezug auf die individuelle Wahrnehmung aufgrund der Sinnesmodalitäten wird erläutert. Die gegenwärtigen Grenzen der virtuellen Prototypen werden aufgezeigt.

Modelle und Prototypen für die Medizin

Der Anwendungsbereich für Modelle und Prototypen hat sich mittlerweile auch auf unterschiedlichste medizinische Fragestellungen ausgedehnt. Der vorliegende Beitrag zeigt an verschiedenen Praxisbeispielen und Verfahren Möglichkeiten eines in der Technik etablierten Verfahrens für eine erweiterte Anwendung auf.

Formen aus Stahl, Bauteile aus Titan und Stahl

Die Arcam Technologie setzt erstmals weltweit mit der ‚CAD to Metal®’ Methode einen Elektronenstrahl ein. Mit dieser Methode können homogene Stahlkomponenten und Formen in kürzester Zeit aus einem Metallpulver geschmolzen werden. Die in zunehmendem Maße geforderte Herstellung von Prototypen im Zielwerkstoff, wird mit dem EBM Verfahren erstmals für Stahl- und Titanwerkstoffe ermöglicht. Die Arcam-Methode setzt CAD-Datenmodelle direkt in homogene Metallmodelle um. Mit der Einbringung von konturnahen Kühlkanälen ist es nun auch machbar, Werkzeuge in hochlegierten Stählen im Rapid Prototyping Verfahren herzustellen. So erstellte Werkzeuge können die Zykluszeiten im Spritzguss- und Druckgussprozess um 30% verringern. Die Festigkeiten liegen ohne jegliche Nachbehandlung bei ca. 50 Rockwell. Jede beliebige Formgebung ist sofort in Stahl und neuerdings auch in Titan zu erstellen. Von besonderer Bedeutung ist, dass konturnahe Kühlungen in beliebiger Komplexität integriert werden. Die Arcam Technologie stellt die schnellste Produktionsmöglichkeit von Funktionsprototypen dar, welche in Festigkeit und Temperaturstabilität die gleichen Parameter wie herkömmliche gefertigte Bauteile aufweist. Es stehen Werkzeugstahl (DIN 1.2344), legierte Stähle und Titan (Ti6A14V) zur Verfügung. Die EBM Technologie setzt einen Elektronenstrahl zum Aufschmelzen der Metallpulver ein. Stahl wird z.B. mit einer Temperatur von 1700 °C schichtweise aufgetragen. Ein Verschleiß, wie man ihn von Anlagen mit Lasertechnologie kennt, tritt nicht auf. Neuinvestition in Abständen von 3000 – 4000 Betriebsstunden sind bei dieser Technologie für neue Laser nicht notwendig. Die Arcam-Technologie ist in 24 Ländern patentrechtlich geschützt. Arcam ist ein schwedisches Unternehmen, mit Sitz in Mölndal in der Nähe von Göteborg.

Learning Software Engineering via Internet

In recent years, education authorities worldwide, including the German Federal Government, have invested heavily in the development of e-learning and multimedia materials for institutions of higher learning. While for some subject matters the benefits of e-learning seem obvious, there are subjects, often consisting of a number of tenuously connected topics or requiring a balance of learning and training, for which it is a valid question whether appropriate learning materials can be presented via the Internet. Software Engineering belongs to this second group, both for its broad collection of topics and, particularly, for the required emphasis on teamwork and communication training.

Umformen mit lasergeschnittenen Lamellenwerkzeugen

Die Tendenz zu immer kürzeren Produktentwicklungszeiten ist in der Industrie ungebrochen. Immer neue Nischenmodelle werden für den Markt entwickelt. Zusätzlich werden die Modellwechselzeiten stetig verkürzt. Die Erstellung von Prototypen und Vorserienteilen sind grundlegende Voraussetzungen für eine erfolgreiche Produktentwicklung. Um das Ziel einer Verringerung der Produktentwicklungszeiten umzusetzen müssen die Zeiten zur Prototyperstellung stark reduziert werden. Die "Lamellenwerkzeugtechnik" liefert hier einen entscheidenden Beitrag.

Präzisionsfeinguss

Oftmals werden Prototypen und Kleinserien in einem Produktentwicklungsprozess benötigt. Während bei Teilen aus Kunststoff auf dem Markt eine Vielzahl von direkten und indirekten Verfahren mit einer großen Materialauswahl existieren, gibt es bei metallischen Teilen bedeutend weniger Möglichkeiten, diese schnell zu erzeugen. Bei komplexen Geometrien scheiden konventionelle Technologien aus. Oftmals wegen der Machbarkeit bzw. hoher Kosten und langer Fertigungszeiten. Beim Metallsintern bzw. analogen Verfahren (Melting, Cusing, …) ist die gegenwärtig noch stark eingeschränkte Anzahl der zur Verfügung stehenden Materialien vielfach Ausschlusskriterium. Als alternative Technologie wird deshalb vielfach das Feingießen nach dem Wachsausschmelzverfahren eingesetzt. Damit können präzise Prototypen und Kleinserien in allen gießbaren Materialien sowie einer hohen Oberflächenqualität und Detailtreue erzeugt werden. Setzt man dabei das Vakuum-Differenzdruckverfahren ein, bei dem die Wachstrauben in Küvetten eingebettet werden, stehen innerhalb weniger Tage Feingussteile zur Verfügung. Im Vortrag wird am Beispiel von zwei Projekten gezeigt, wie sowohl für Kleinserien als auch für die Losgröße 1 mit Hilfe moderner Feingussverfahren äußerst schnell und kostengünstig Teile aus Aluminium- oder Zinklegierungen mit komplexen Geometrien hergestellt werden können. Im ersten Projekt wird das Herstellen einer Kleinserie von Schaufelrädern mit räumlich gekrümmten Schaufeln für Kühlmittelpumpen des Automobilrennsports dargestellt. Die Geometrie lässt in diesem Fall kein konventionelles Fertigungsverfahren zu. Über Stereolithographiemodell und Silikonform werden Wachsmodelle erzeugt, die mittels Aluminiumfeinguss in das entsprechende metallische Teil überführt werden. Im zweiten Beispiel wird gezeigt, wie ausschmelz- bzw. ausbrennbare Rapid Prototyping Modelle direkt im Feingussprozess eingesetzt werden, um schnell und kostengünstig auch die Losgröße 1 zu realisieren. Dabei werden auch die Vor- und Nachteile gegenüber dem klassischen Feinguss aufgezeigt.

Neue Dimensionen in der 3D-Drucktechnologie

Die heute kommerziell verfügbaren generativen Fertigungsverfahren und deren Folgeprozesse ermöglichen die Verarbeitung einer Vielzahl unterschiedlicher Werkstoffe. Bei der Herstellung von funktionalen Prototypen werden die Leistungsgrenzen dieser Technologien jedoch schnell erreicht, sodass Kompromisse und Einschränkungen beim Einsatz der Prototypen in Kauf genommen werden müssen. Die Gründe hierfür liegen bei den sehr hohen Anforderungen, die sowohl an das Serienteil als auch an die Prototypen gestellt werden. Alle Forderungen bezüglich der mechanischen, topographischen und physikalischen Eigenschaften zu erfüllen, ist aus technologischer Sicht nicht möglich, da die RP-Verfahren nicht die Fertigungsbedingungen in der Serienproduktion abbilden können. Um dennoch der steigenden Nachfrage speziell der kunststoffverarbeitenden Industrie nach serienidentischen Prototypen und funktionalen Kleinserien nach zu kommen, wurde ein neues Werkstoff-, Technologie- und Maschinenkonzept basierend auf der 3D-Drucktechnologie entwickelt.

Precise Near-to-Head Acoustics with Binaural Synthesis

For enhanced immersion into a virtual scene more than just the visual sense should be addressed by a Virtual Reality system. Additional auditory stimulation appears to have much potential, as it realizes a multisensory system. This is especially useful when the user does not have to wear any additional hardware, e.g., headphones. Creating a virtual sound scene with spatially distributed sources requires a technique for adding spatial cues to audio signals and an appropriate reproduction. In this paper we present a real-time audio rendering system that combines dynamic crosstalk cancellation and multi-track binaural synthesis for virtual acoustical imaging. This provides the possibility of simulating spatially distributed sources and, in addition to that, near-to-head sources for a freely moving listener in room-mounted virtual environments without using any headphones. A special focus will be put on near-to-head acoustics, and requirements in respect of the head-related transfer function databases are discussed.

Aufbau von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) durch eine dezentrale Datenstruktur

Um die Ansprüche der Betreiber von Fahrerlosen Transportsystemen zu erfüllen, entwickeln sich diese immer stärker zu autonomen Fahrzeugen. Die durch diese Entwicklung erweiterte Flexibilität der Anlagen ermöglicht die Erschließung neuer Anwendungsfelder und den wirtschaftlichen Betrieb von Systemen mit einer geringen Anzahl von Fahrzeugen. Dadurch ausgelöst werden Sensorsysteme und installierte Rechenleistung in den Fahrerlosen Transportfahrzeugen immer umfangreicher. Die Fahrzeuge verwenden virtuelle Karten und eine hochgenaue Odometrie zur Navigation, die über eine geringe Anzahl von Marken eine Fahrzeugsteuerung erlaubt. Die Reduzierung dieses hohen technischen Aufwandes würde einen günstigeren Aufbau flexibler Fahrerloser Transportsysteme erlauben. Transponder bieten als Wegmarken große Vorteile zu herkömmlichen Systemen, welche auch über den Bereich der im Einsatz befindlichen Systeme hinausgehen. Zum einen bieten sie die Möglichkeit der Speicherung von Daten im Fahrweg, zum anderen ermöglicht die flache Form von Folientranspondern die Aufbringung auf den Fahrweg ohne baulichen Aufwand. Dadurch können im Fahrweg dezentrale Datenstrukturen abgebildet werden, die die zu speichernde Datenmenge im Fahrzeug sowie die notwendige Odometrie durch eine größere Zahl von Wegmarken reduzieren.

Optimierung der Eigenschaften von thermoplastischen Lasersinter-Bauteilen

Das Lasersintern (LS) hat sich als generatives Verfahren zur schichtweisen Fertigung von Modellen und Prototypen aus CAD-Daten etabliert. Die Möglichkeit werkzeuglos beliebig komplexe Bauteile zu erstellen birgt großes Potential für die zukünftige Fertigung von Einzelstücken und Kleinserien. Da die verfügbare Technologie starke Schwankung der Qualität mit sich bringt, stellt sich jedoch die Frage nach der prinzipiellen Leistungsfähigkeit des Verfahrens. Die Professur Fertigungstechnik an der Universität Duisburg-Essen verfügt über eine Sinterstation 2000 und hat sich näher mit dieser Problematik befasst um zu untersuchen, welche Qualität bei gegebener Anlagentechnik unter Verwendung eines gängigen Lasersinter-Werkstoffes erreichbar ist.

Mitarbeiterqualifizierung in der virtuellen Realität - Implementierung und Evaluation einer didaktischen Simulationsanwendung

Virtuelle Teamtrainingsanwendungen sind im militärischen Bereich seit über 20 Jahren mit großem Erfolg im Einsatz. Bei geeigneten Randbedingungen schafft dieses Qualifizierungsmedium neben einer erheblichen Reduzierung von Ausbildungsdauer und -kosten beachtliche Vorteile hinsichtlich der einhergehenden Ausbildungsqualität. Im Rahmen des Bayerischen Forschungsverbundes ForLog wird in Kooperation des Lehrstuhls für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) und der Ray Sono AG das Potenzial entsprechender Qualifizierungsansätze im zivilen Industriesektor praxisnah untersucht.