Laser-Sintern. Die Schluesseltechnologie des e-Manufacturing TM

e-Manufacturing™, das ist die schnelle, flexible und kostengünstige Fertigung von Produkten, Formen/Werkzeugen oder Modellen direkt aus elektronischen Daten. e-Manufacturing™ schließt Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Rapid Manufacturing ein, geht aber zugleich weit über den Gedanken der schnellen Verfügbarkeit hinaus. Zwar wird auch in Zukunft die schnelle Produktentwicklung eine immer wichtigere Rolle spielen, bei der e-Manufacturing™ für ein verkürztes Time to Market sorgt, Entwicklungskosten verringert und zur Risikominimierung beiträgt. Darüber hinaus entstehen aber auch neue Geschäftsmodelle, da Kleinserienproduktion, steigende Variantenvielfalt und eine individualisierte Produktion (Mass Customization) plötzlich möglich und wirtschaftlich sind und sich neue Logistikkonzepte wie (Spare) parts on demand entwickeln. Die neue Konstruktionsfreiheit des Laser-Sinterns ermöglicht neue Produktkonzepte. Minimale Einschränkungen durch das Fertigungsverfahren erlauben funktionelle Integration und die Fertigung des „Unmöglichen“, da kreisförmige und lineare Werkzeugbewegungen das Produktdesign nicht mehr beeinflussen bzw. limitieren. Auch die Fertigungskonzepte unterliegen einem Wandel und werden deutlich flexibler. Werkzeuglose Produktion, losgrößenangepasste Fertigung und dezentrale Fertigung on demand sind die Schlagworte der Zukunft. Der vorliegende Beitrag zeigt Beispiele für den erfolgreichen kommerziellen Einsatz von Laser-Sintern in allen Phasen des Produktlebenszyklus. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der direkten Herstellung von Funktionsteilen in der Serienfertigung. Die entscheidenden Faktoren für eine erfolgreiche Einführung und Anwendung von e-Manufacturing™ werden diskutiert. Der Beitrag zeigt auf, wie die neuesten technologischen Innovationen im Laser-Sintern, speziell zur Produktivitätssteigerung, das Spektrum der Anwendungsfelder erweitern, in denen dieses Fertigungsverfahren kostengünstige Lösungen bietet.

Thermographie zur Temperaturmessung beim Laser-Sintern – ein Beitrag zur Qualitätssicherung?

Beim Laser-Sintern wird das Pulverbett durch Heizstrahler vorgeheizt, um an der Pulveroberfläche eine Temperatur knapp unterhalb des Materialschmelzpunktes zu erzielen. Dabei soll die Temperaturverteilung auf der Oberfläche möglichst homogen sein, um gleiche Bauteileigenschaften im gesamten Bauraum zu erzielen und den Bauteilverzug gering zu halten. Erfahrungen zeigen jedoch sehr inhomogene Temperaturverteilungen, weshalb oftmals die Integration von neuen oder optimierten Prozessüberwachungssystemen in die Anlagen gefordert wird. Ein potentiell einsetzbares System sind Thermographiekameras, welche die flächige Aufnahme von Oberflächentemperaturen und somit Aussagen über die Temperaturen an der Pulverbettoberfläche erlauben. Dadurch lassen sich kalte Bereiche auf der Oberfläche identifizieren und bei der Prozessvorbereitung berücksichtigen. Gleichzeitig ermöglicht die Thermografie eine Beobachtung der Temperaturen beim Lasereingriff und somit das Ableiten von Zusammenhängen zwischen Prozessparametern und Schmelzetemperaturen. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen wurde ein IR-Kamerasystem erfolgreich als Festeinbau in eine Laser-Sinteranlage integriert und Lösungen für die hierbei auftretenden Probleme erarbeitet. Anschließend wurden Untersuchungen zur Temperaturverteilung auf der Pulverbettoberfläche sowie zu den Einflussfaktoren auf deren Homogenität durchgeführt. In weiteren Untersuchungen wurden die Schmelzetemperaturen in Abhängigkeit verschiedener Prozessparameter ermittelt. Auf Basis dieser Messergebnisse wurden Aussagen über erforderliche Optimierungen getroffen und die Nutzbarkeit der Thermografie beim Laser-Sintern zur Prozessüberwachung, -regelung sowie zur Anlagenwartung als erster Zwischenstand der Untersuchungen bewertet.

Ursachen für eine mangelnde Reproduzierbarkeit beim Laser-Sintern von Kunststoffbauteilen

Das Laser-Sintern hat sich in den letzten Jahren zunehmend als Kleinserienfertigungsverfahren für Kunststoffbauteile etabliert. Dennoch entspricht die Bauteilqualität aufgrund von Verzug oder mangelnder Reproduzierbarkeit der Eigenschaften oftmals nicht den Anforderungen. Ein Grund hierfür ist die inhomogene Temperaturführung während des Prozesses. So ergeben sich aufgrund einer inhomogenen Temperaturverteilung auf der Pulverbettoberfläche sowie durch unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten im Pulverbett zum Teil deutliche lokale Unterschiede im Temperatur-Zeit-Verhalten. Grundlegende Untersuchungen zu diesen Effekten fehlen jedoch bislang. Im Rahmen der dargestellten Untersuchungen gilt es daher zum einen die Reproduzierbarkeit verschiedener Laser-Sinter-Anlagen in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften, die Maßhaltigkeit und die Bauteildichte zu analysieren und zum anderen diese Ergebnisse mit den lokalen Temperatur- und Abkühlbedingungen im Pulverbett zu korrelieren. Dabei werden durch thermografische Untersuchungen die Temperaturverteilung an der Pulverbett-oberfläche charakterisiert sowie durch Einsatz entsprechender Funk-Temperatur-messsensorik die lokalen Abkühlbedingungen von Bauteilen innerhalb des Pulverbettes analysiert. Diese lokalen Temperatur- und Abkühlbedingungen sollen anschließend mit positionsabhängigen Analysen zum Bauteilschrumpf korreliert werden. Abschließend werden Optimierungspotentiale für ein neuentwickeltes Temperaturführungssystem mit homogeneren Temperatur- und Abkühlbedingungen abgeleitet.

Die Festigkeit in Abhängigkeit von Scanstrategien & -optionen beim Lasersintern vom Kunststoff

Die Scanstrategie beim LS vom Kunststoff hat einen maßgeblichen Einfluss auf den Energieeintrag in das Pulverbett und somit auf die mechanischen und optischen Eigenschaften des Bauteils. Daher bieten manche Systeme die Möglichkeit verschiedener Scanstrategien oder Scanoptionen, die je nach Anwendung und gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden können. In diesem Artikel werden die grundlegenden Aspekte der Scanstrategie beim Laser Sintern vom Kunststoff, sowie die Double-Belichtungsfunktion aufgegriffen, mit dem Ziel den genauen Einfluss der Scanstrategie bzw. Scanoptionen auf die mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten zu ermitteln.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

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.

Identification Of Corynebacterium Spp. Isolated From Bovine Intramammary Infections By Matrix-assisted Laser Desorption Ionization-time Of Flight Mass Spectrometry.

Corynebacterium species (spp.) are among the most frequently isolated pathogens associated with subclinical mastitis in dairy cows. However, simple, fast, and reliable methods for the identification of species of the genus Corynebacterium are not currently available. This study aimed to evaluate the usefulness of matrix-assisted laser desorption ionization/mass spectrometry (MALDI-TOF MS) for identifying Corynebacterium spp. isolated from the mammary glands of dairy cows. Corynebacterium spp. were isolated from milk samples via microbiological culture (n=180) and were analyzed by MALDI-TOF MS and 16S rRNA gene sequencing. Using MALDI-TOF MS methodology, 161 Corynebacterium spp. isolates (89.4%) were correctly identified at the species level, whereas 12 isolates (6.7%) were identified at the genus level. Most isolates that were identified at the species level with 16 S rRNA gene sequencing were identified as Corynebacterium bovis (n=156; 86.7%) were also identified as C. bovis with MALDI-TOF MS. Five Corynebacterium spp. isolates (2.8%) were not correctly identified at the species level with MALDI-TOF MS and 2 isolates (1.1%) were considered unidentified because despite having MALDI-TOF MS scores >2, only the genus level was correctly identified. Therefore, MALDI-TOF MS could serve as an alternative method for species-level diagnoses of bovine intramammary infections caused by Corynebacterium spp.

Morphological Aspects And Cox-2 Expression After Exposure To 780-nm Laser Therapy In Injured Skeletal Muscle: An In Vivo Study.

The effectiveness of low-level laser therapy in muscle regeneration is still not well known. To investigate the effects of laser irradiation during muscle healing. For this purpose, 63 rats were distributed to 3 groups: non-irradiated control group (CG); group irradiated at 10 J/cm(2) (G10); and group irradiated at 50 J/cm(2) (G50). Each group was divided into 3 different subgroups (n=7), and on days 7, 14 and 21 post-injury the rats were sacrificed. Seven days post-surgery, the CG showed destroyed zones and extensive myofibrillar degeneration. For both treated groups, the necrosis area was smaller compared to the CG. On day 14 post-injury, treated groups demonstrated better tissue organization, with newly formed muscle fibers compared to the CG. On the 21(st) day, the irradiated groups showed similar patterns of tissue repair, with improved muscle structure at the site of the injury, resembling uninjured muscle tissue organization. Regarding collagen deposition, the G10 showed an increase in collagen synthesis. In the last period evaluated, both treated groups showed statistically higher values in comparison with the CG. Furthermore, laser irradiation at 10 J/cm(2) produced a down-regulation of cyclooxygenase 2 (Cox-2) immunoexpression on day 7 post-injury. Moreover, Cox-2 immunoexpression was decreased in both treated groups on day 14. Laser therapy at both fluencies stimulated muscle repair through the formation of new muscle fiber, increase in collagen synthesis, and down-regulation of Cox-2 expression.

Evaluation Of Photodynamic Therapy Using A Diode Laser And Different Photosensitizers Against Enterococcus Faecalis.

Photodynamic therapy (PDT) has been proven to be effective in disinfecting root canals. The aim of this present study was to evaluate the effects of PDT on the viability of Enterococcus faecalis using methylene blue (MB) and malachite green (MG) as photosensitizers. Solutions containing E. faecalis (ATCC 29212) were prepared and harvested by centrifugation to obtain cell suspensions, which were mixed with MB and MG. Samples were individually irradiated by the diode laser at a distance of 1mm for 30, 60, or 120 seconds. Colonyforming units (CFU) were determined for each treatment. PDT for 60 and 120 seconds with MG reduced E. faecalis viability significantly. Similar results were obtained when MB was used as photosensitizer. PDT using MB and MG have antibacterial effect against E. faecalis, showing potential to be used as an adjunctive antimicrobial procedure in endodontic therapy.

Laser Printer Attribution: Exploring New Features And Beyond.

With a huge amount of printed documents nowadays, identifying their source is useful for criminal investigations and also to authenticate digital copies of a document. In this paper, we propose novel techniques for laser printer attribution. Our solutions do not need very high resolution scanning of the investigated document and explore the multidirectional, multiscale and low-level gradient texture patterns yielded by printing devices. The main contributions of this work are: (1) the description of printed areas using multidirectional and multiscale co-occurring texture patterns; (2) description of texture on low-level gradient areas by a convolution texture gradient filter that emphasizes textures in specific transition areas and (3) the analysis of printer patterns in segments of interest, which we call frames, instead of whole documents or only printed letters. We show by experiments in a well documented dataset that the proposed methods outperform techniques described in the literature and present near-perfect classification accuracy being very promising for deployment in real-world forensic investigations.

A Metabolomic Protocol For Plant Systematics By Matrix-assisted Laser-desorption/ionization Time-of Flight Mass Spectrometry.

Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) has been widely used for the identification and classification of microorganisms based on their proteomic fingerprints. However, the use of MALDI-TOF MS in plant research has been very limited. In the present study, a first protocol is proposed for metabolic fingerprinting by MALDI-TOF MS using three different MALDI matrices with subsequent multivariate data analysis by in-house algorithms implemented in the R environment for the taxonomic classification of plants from different genera, families and orders. By merging the data acquired with different matrices, different ionization modes and using careful algorithms and parameter selection, we demonstrate that a close taxonomic classification can be achieved based on plant metabolic fingerprints, with 92% similarity to the taxonomic classifications found in literature. The present work therefore highlights the great potential of applying MALDI-TOF MS for the taxonomic classification of plants and, furthermore, provides a preliminary foundation for future research.

Effect Of Low-level Laser Therapy (lllt) On Peripheral Nerve Regeneration Using Fibrin Glue Derived From Snake Venom.

The purpose of this study was to assess whether the adhesive permits the collateral repair of axons originating from a vagus nerve to the interior of a sural nerve graft, and whether low-level laser therapy (LLLT) assists in the regeneration process. Study sample consisted of 32 rats randomly separated into three groups: Control Group (CG; n=8), from which the intact sural nerve was collected; Experimental Group (EG; n=12), in which one of the ends of the sural nerve graft was coapted to the vagus nerve using the fibrin glue; and Experimental Group Laser (EGL; n=12), in which the animals underwent the same procedures as those in EG with the addition of LLLT. Ten weeks after surgery, the animals were euthanized. Morphological analysis by means of optical and electron microscopy, and morphometry of the regenerated fibers were employed to evaluate the results. Collateral regeneration of axons was observed from the vagus nerve to the interior of the autologous graft in EG and EGL, and in CG all dimensions measured were greater and presented a significant difference in relation to EG and EGL, except for the area and thickness of the myelin sheath, that showed significant difference only in relation to the EG. The present study demonstrated that the fibrin glue makes axonal regeneration feasible and is an efficient method to recover injured peripheral nerves, and the use of low-level laser therapy enhances nerve regeneration.

Low-level Laser Therapy To The Mouse Femur Enhances The Fungicidal Response Of Neutrophils Against Paracoccidioides Brasiliensis.

Neutrophils (PMN) play a central role in host defense against the neglected fungal infection paracoccidioidomycosis (PCM), which is caused by the dimorphic fungus Paracoccidioides brasiliensis (Pb). PCM is of major importance, especially in Latin America, and its treatment relies on the use of antifungal drugs. However, the course of treatment is lengthy, leading to side effects and even development of fungal resistance. The goal of the study was to use low-level laser therapy (LLLT) to stimulate PMN to fight Pb in vivo. Swiss mice with subcutaneous air pouches were inoculated with a virulent strain of Pb or fungal cell wall components (Zymosan), and then received LLLT (780 nm; 50 mW; 12.5 J/cm2; 30 seconds per point, giving a total energy of 0.5 J per point) on alternate days at two points on each hind leg. The aim was to reach the bone marrow in the femur with light. Non-irradiated animals were used as controls. The number and viability of the PMN that migrated to the inoculation site was assessed, as well as their ability to synthesize proteins, produce reactive oxygen species (ROS) and their fungicidal activity. The highly pure PMN populations obtained after 10 days of infection were also subsequently cultured in the presence of Pb for trials of protein production, evaluation of mitochondrial activity, ROS production and quantification of viable fungi growth. PMN from mice that received LLLT were more active metabolically, had higher fungicidal activity against Pb in vivo and also in vitro. The kinetics of neutrophil protein production also correlated with a more activated state. LLLT may be a safe and non-invasive approach to deal with PCM infection.

Application Of Laser Microdissection Icp-ms For High Resolution Elemental Mapping In Mouse Brain Tissue: A Comparative Study With Laser Ablation Icp-ms.

Mapping of elements in biological tissue by laser induced mass spectrometry is a fast growing analytical methodology in life sciences. This method provides a multitude of useful information of metal, nonmetal, metalloid and isotopic distribution at major, minor and trace concentration ranges, usually with a lateral resolution of 12-160 µm. Selected applications in medical research require an improved lateral resolution of laser induced mass spectrometric technique at the low micrometre scale and below. The present work demonstrates the applicability of a recently developed analytical methodology - laser microdissection associated to inductively coupled plasma mass spectrometry (LMD ICP-MS) - to obtain elemental images of different solid biological samples at high lateral resolution. LMD ICP-MS images of mouse brain tissue samples stained with uranium and native are shown, and a direct comparison of LMD and laser ablation (LA) ICP-MS imaging methodologies, in terms of elemental quantification, is performed.