Modelling and characterization of ultrasonic consolidation process of Aluminium alloys

Ultrasonic consolidation process is a rapid manufacturing process used to join thin layers of metal at low temperatures and low energy consumption. In this work, finite element method has been used to simulate the ultrasonic consolidation of Aluminium alloys 6061 (AA-6061) and 3003 (AA-3003). A thermomechanical material model has been developed in the framework of continuum cyclic plasticity theory which takes into account both volume (acoustic softening) and surface (thermal softening due to friction) effects. A friction model based on experimental studies has been developed, which takes into account the dependence of coefficient of friction upon contact pressure, amount of slip, temperature and number of cycles. Using the developed material and friction model ultrasonic consolidation (UC) process has been simulated for various combinations of process parameters involved. Experimental observations are explained on the basis of the results obtained in the present study. The current research provides the opportunity to explain the differences of the behaviour of AA-6061 and AA-3003 during the ultrasonic consolidation process. Finally, trends of the experimentally measured fracture energies of the bonded specimen are compared to the predicted friction work at the weld interface resulted from the simulation at similar process condition. Similarity of the trends indicates the validity of the developed model in its predictive capability of the process. © 2008 Materials Research Society.

Composition and cure temperature: The influence on properties of final flexible PU cold cure foam parts

Foams are cellular structures, produced by gas bubbles formed during the polyurethane polymerization mixture. Flexible PU foams meet the following two criteria: have a limited resistance to an applied load, being both permeable to air and reversibly deformable. There are two main types of flexible foams, hot and cold cure foams differing in composition and processing temperatures. The hot cure foams are widely applied and represent the main composition of actual foams, while cold cure foams present several processing and property advantages, e.g, faster demoulding time, better humid aging properties and more versatility, as hardness variation with index changes are greater than with hot cure foams. The processing of cold cure foams also is attractive due to the low energy consumption (mould temperature from 30 degrees to 65 degrees C) comparatively to hot cure foams (mould temperature from 30 degrees to 250 degrees C). Another advantage is the high variety of soft materials for low temperature processing moulds. Cold cure foams are diphenylmethane diisocyanate (MDI) based while hot cure foams are toluene diisocyanate (TDI) based. This study is concerned with Viscoelastic flexible foams MDI based for medical applications. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used to characterize the cure kinetics and Dynamical Mechanical Analisys to collect mechanical data. The data obtained from these two experimental procedures were analyzed and associated to establish processing/properties/operation conditions relationships. These maps for the selection of optimized processing/properties/operation conditions are important to achieve better final part properties at lower costs and lead times.

The effect of thermal conductivity of RIM moulds in kinetics cure

Reaction Injection Moulding (RIM) is a moulding technology used for the production of large size and complex plastic parts. The RIM process is characterized essentially by the injection of a highly reactive chemical system (usually polyurethane) and fast cure, in a mould properly closed and thermally controlled. Several studies show that rapid manufacturing moulds obtained in epoxy resins for Thermoplastic Injection Moulding (TIM) affect the moulding process and the final properties of parts. The cycle time and mechanical properties of final parts are reduced, due to a low thermal conductivity of epoxy materials. In contrast, the low conductivity of materials usually applied for the rapid manufacturing of RIM moulds, increase the mechanical properties of final injected parts and reduce the cycle time. This study shows the effect of the rapid manufacturing moulds material during the RIM process. Several materials have been tested for rapid manufacturing of RIM moulds and the analysis of both, temperature profile of moulded parts during injection and the cure data experimentally obtained in a mixing and reaction cell, allow to determine and model the real effect of the mould material on the RIM process.

Metodologia de design mediada por protótipos

Pós-graduação em Design - FAAC

O design industrial e as engenharias: uma possibilidade de integração por intermédio da engenharia reversa

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Anisotropic Mechanical Properties of ABS Parts Fabricated by Fused Deposition Modelling

In recent years, layered manufacturing (LM) processes have begun to progress from rapid prototyping techniques towards rapid manufacturing methods, where the objective is now to produce finished components for potential end use in a product (Caulfield et al., 2007). LM is especially promising for the fabrication of specific need, low volume products such as replacement parts for larger systems. This trend accentuates the need for a thorough understanding of the associated mechanical properties and the resulting behavior of parts produced by layered methods. Not only must the base material be durable, but the mechanical properties of the layered components must be sufficient to meet in-service loading and operational requirements, and be reasonably comparable to parts produced by more traditional manufacturing techniques. This chapter presents the details of a study completed to quantitatively analyze the potential of fused deposition modelling to fully evolve into a rapid manufacturing tool. The project objective is to develop an understanding of the dependence of the mechanical properties of FDM parts on raster orientation and to assess whether these parts are capable of maintaining their integrity while under service loading. The study examines the effect of fiber orientation, i.e. the direction of the polymer beads relative to the loading direction of the part, on a variety of important mechanical properties of ABS components fabricated by fused deposition modeling. Tensile, compressive, flexural, impact, and fatigue strength properties of FDM specimens are examined, evaluated, and placed in context in comparison with the properties of injection molded ABS parts.

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.

Zukunftspotential durch Design und RM

Im Bereich Medical Design spielen eine hohe Funktionalität und eine angenehme Handhabung eine grosse Rolle. In den Engineering-Projekten der Erdmann Design AG werden kühne Ideen in den Raum gesetzt die das Klima für Innovationen fördern. „Innovation entsteht aus elementarer Neugier und Lust auf eine bessere Zukunft“, sagt Raimund Erdmann. „Wir beraten mit unseren Feed Forward Methoden Start-up Firmen, Kleinunternehmen wie auch etliche, börsenkotierte, international aktive Unternehmen. Und das für excellentes Industrial Design, Corporate Design und Design Management“ mit den überzeugenden Möglichkeiten des Rapid Manufacturing.Im Bereich Medical Design spielen eine hohe Funktionalität und eine angenehme Handhabung eine grosse Rolle. In den Engineering-Projekten der Erdmann Design AG werden kühne Ideen in den Raum gesetzt die das Klima für Innovationen fördern. „Innovation entsteht aus elementarer Neugier und Lust auf eine bessere Zukunft“, sagt Raimund Erdmann. „Wir beraten mit unseren Feed Forward Methoden Start-up Firmen, Kleinunternehmen wie auch etliche, börsenkotierte, international aktive Unternehmen. Und das für excellentes Industrial Design, Corporate Design und Design Management“ mit den überzeugenden Möglichkeiten des Rapid Manufacturing.

SLM von Polylactiden zur Herstellung von resorbierbaren Implantaten

Rapid Manufacturing von individuellen Implantaten mittels Selective Laser Melting (SLM) wurde für metallische Standardwerkstoffe in der Medizintechnik (Titanlegierungen, Kobalt-Chrom-Legierungen, Stahl) realisiert. Dies sind permanente Implantate, die entweder dauerhaft im Körper verbleiben oder in einer zweiten Operation entfernt werden. Eine vom ILT mittels SLM hergestellte Hüftpfanne aus TiAl6V4 konnte bereits erfolgreich im Patienten implantiert werden. Die regenerative Therapie ist jedoch die klinisch bevorzugte Strategie. Das bedeutet, dass der Selbstheilungsprozess des menschlichen Körpers für die Heilung von großen Knochendefekten genutzt wird. Ein neuer Ansatz zur Implantatfertigung folgt dieser Strategie. Der SLM-Prozess wird für die Verarbeitung von bioresorbierbaren Werkstoffen entwickelt um individuelle Implantate zu fertigen, die im Körper abgebaut und durch körpereigenes Knochengewebe ersetzt werden. Diese Arbeit beschreibt die Qualifizierung des SLM Verfahrens für die Verarbeitung von einem Kompositmaterial aus Polylactid / β-Tricalciumphosphat (PDLLA/β-TCP).

„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.

Properties comparison of Injected and SLS material

Most of the plastic injection companies are focused in the production of some products with a high exigency standard levels. That is why, to compete and gain some market share in front of the concurrency of companies from other countries, they need to be able to introduce new rapid prototyping techniques and product development.

Strahlschmelzen - LaserCUSING® - Integration im Werkzeug- und Formenbau

Die generativen Fertigungsverfahren haben längst ihren Platz in der Wertschöpfungskette neben konventionellen Prozessen eingenommen. Trotzdem müssen die Anwender immer wieder aufs Neue für die recht abstrakten Möglichkeiten und Chancen der Verfahren sensibilisiert werden. Querdenken kann oft schneller und effizienter zur erfolgreichen Problemlösung beitragen als traditionelle Schlüsselwege. Deshalb soll der Beitrag einige Kernpunkte ansprechen, die die additiven Verfahren in den Unternahmen – speziell das LaserCUSING® - als überaus sinnvolle Ergänzung des Technologieparks erachten. Neben der Herstellung von metallischen Prototypen geht der Vortrag insbesondere auf die Vielfalt der Effekte integrierbarer Kanäle in Formeinsätzen besonders des Spritzgusswerkzeugbaus ein.

Potenzial des Laserstrahlsinterns von PEEK zur Erzeugung kleiner Bauteilstrukturen

Durch die neuen systemtechnischen Möglichkeiten erfährt das Laserstrahlsintern von Polyaryletherketonen wie PEK oder PEEK zunehmendes industrielles Interesse. Neben der höheren Festigkeit, Steifigkeit und Temperaturbeständigkeit z. B. laserstrahlgesinterter PEEK Bauteile gegenüber den bisher für Funktionsprototypen und für das Rapid Manufacturing eingesetzten Polyamidbauteilen sind Fragen nach der erzielbaren Bauteilgenauigkeit und des minimal möglichen Auflösungsvermögens insbesondere für die Fertigung kleiner Bauteile von besonderer Bedeutung. In diesem Beitrag werden die Abhängigkeiten der Einflussgrößen Schwund und Strahlweite von den wichtigsten Prozessführungsgrößen untersucht und die Möglichkeiten und Grenzen zur Erzeugung kleiner Bauteilstrukturen mittels Laserstrahlsintern von PEEK aufgezeigt.

Direkte generative Fertigung von Schmiedegesenken eröffnet neue Möglichkeiten

Umformwerkzeuge sind eine neue und bislang nicht erforschte Anwendung generativ gefertigter Werkzeuge. Der Vortrag präsentiert ein Fallbeispiel, bei dem ein typisches Schmiedeteil mit recht komplexer Geometrie erfolgreich unter Verwendung eines generativ gefertigten Schmiedegesenks hergestellt werden konnte. Die Marktanforderungen zur frühestmöglichen Verfügbarkeit echter Schmiedeteile werden dargestellt. Die gesamte Prozesskette von der 3D-CAD-Werkzeugkonstruktion über die Schmiedeprozesssimulation, das Laserstrahlschmelzen der Gesenkeinsätze und die Gesenkmontage bis hin zu den eigentlichen Schmiedeversuchen unter produktionsähnlichen Bedingungen wird dargestellt und mit konventioneller Schmiedegesenkkonstruktion und ‑fertigung verglichen. Die Vorteile und Besonderheiten der generativen Prozesskette werden herausgestellt. Die gefertigten Schmiedeteile werden hinsichtlich Formfüllung, Maßhaltigkeit und Gefüge mit konventionell geschmiedeten Teilen verglichen. Die Lieferzeit der generativ gefertigten Schmiedegesenke wird der von konventionell hergestellten gegenübergestellt, ebenso die Kosten, um die Vorteile des Einsatzes generativer Fertigung herauszustellen. Es werden Randbedingungen beschrieben, unter denen die generative Fertigung von Schmiedegesenken technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist.