Institute of Materials and Processes

Im Rahmen eines von ZIM geförderten Forschungsprojektes forscht das Institute of Materials and Processes zusammen mit der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik an einem Hightech-Trainingsgerät. Das Hightech-Trainingsgerät dient primär physiotherapeutischen Zwecken, soll aber auch zum Muskelaufbau eingesetzt werden können. Die hauptsächliche Aufgabe hierbei besteht in der Überführung der real durchgeführten Übungen in die virtuelle Realität. Die größten Herausforderungen ergeben sich durch die hohen Ansprüche an Grafik und Bildwiederholungsrate sowie dem Abgleich zwischen realer und virtueller Durchführung der Übungen in Echtzeit.

Sowohl das einfache Greifen als auch die Wahrnehmung über die Finger von beispielsweise Widerstand, Temperatur oder Oberflächenbeschaffenheit sind in der Natur in Sachen Komplexität bei gleichzeitiger Einfachheit der menschlichen Hand unübertroffen. Für den Versuch der Nachbildung bedarf es modernster Technologien und Prozesse. Um den aktuellen Stand der Technik zu verstehen und zu vermitteln, hilft eine vereinfachte bionische Hand als Lehrmodell.
Die Bionic Hand „Samantha“ stellt dabei einen Ausgangspunkt für weiterführende Forschungsarbeiten dar. Die aktuellen Schwerpunkte sind dabei:

• Antriebssysteme
• Myoelektrische Ansteuerung
• Gestenerkennung
• Sensorische Erfassung
• Feedbacksysteme

Vision: Wertströme mit einer baugleichen Kinematik Abdecken. Durch gezieltes koppeln einzelner Kinematiken können die Eigenschaften positiv beeinflusst werden:

• höherer Steifigkeiten, höherer Genauigkeit & höhere Flexibilität

Dies ermöglicht sowohl hohe Prozesskräfte als auch hohe Genauigkeiten mit der gleichen flexiblen Kinematik zu erreichen.
Das Projekt ist Teil eines Future Fields des KIT. Das Institute of Materials and Processes übernimmt die Erstellung eines flexiblen Simulationsmodells.
Weitere Informationen finden Sie unter: http://wertstromkinematik.de/

In dem Forschungsprojekt sollen die entstehenden Spannungen in 3D gedruckten Bauteilen auf Basis einer Temperatursimulation berechnet werden. Die Simulation erfolgt anhand des Maschinenpfades und stellt eine exakte Nachbildung des realen Prozesses dar. Anhand der Daten können bekannte Probleme durch frühzeitiges Erkennen bereits vor dem Druckprozess vermieden werden. Weiterhin sollen die Ergebnisse verwendet werden, um beispielsweise kritische Geometrien anhand künstlicher Intelligenz zu identifizieren. Somit lassen sich Probleme im Betrieb durch den Algorithmus beheben, ohne dass eine Simulation notwendig ist.

Adaptive Prozesssteuereinheit zur Schmierstoffdosierung

Ziel dieses Projektes ist es unter Verwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz Modelle zu erzeugen die zuverlässig die aufgetragene Schmierfettmasse anhand von Prozessparametern vorhersagen können. Zusätzlich dazu sollen charakteristische Schmierfettparameter zur Klassifizierung des Schmierfettstatus anhand von Messwerten vorhergesagt werden. Zuletzt soll es möglich sein die notwendigen Einstellparameter, um in einen Schmierfettmassenbereich zu gelangen, vorherzusagen.

Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau 2 (InSeL)

Hochschulübergreifendes Projekt zur Bearbeitung wissenschaftlicher und technologischer Fragestellungen in Hinblick auf:

• Werkstoffauswahl
• Werkstoffkombination
• Werkstoffbehandlung
• Herstellung, Bearbeitung und Verarbeitung

Steigerung der Produktivität beim elektroerosiven Bohrer durch gezielte Kontamination des Dielektrikums mit metallischen Partikeln

In diesem Forschungsvorhaben geht es darum ein Filtervlies für eine Atemmaske zu entwickeln, welche besonders effektiv gegen Viren und Bakterien ist. Um diese Wirkung zu erzielen wird das Vlies mit einer Dreifachbarriere ausgestattet.

• biologische Barriere
• chemische Barriere
• physikalische Barriere

Knickarmroboter auf mobilen Plattformen bieten das Potenzial steigende Flexibilitäts-anforderungen zu erfüllen. Bei diesen Plattformen besteht ein grundsätzliches mechanisches Problem zwischen Arbeitsraum und Schwerpunkt. Im Projekt soll der der Einsatzbereich eines mobilen Roboters mit Roboterarm durch Stabilisierungsstrategien vergrößert werden.

• Kippdetektion & aktive Kippstabilisierungsstrategien
• Regelansätze zur Robotersteuerung unter berücksichtigung der Kippgefahr

Teilprojekt „Stabilrobot“ wurde gefördert vom Land BaWü im Rahmen der Ausschreibung innovative Projekte.

Um die Zuverlässigkeit in miniaturisierten Geräten oder Prozessen mit erhöhten Wärmeströmen zu gewährleisten, müssen immer effizientere Kühlmethoden eingesetzt werden, um mit den kleiner werdenden verfügbaren Kühlflächen auszukommen. Ziel ist das Kühlen hoher Wärmestromdichten mit wirbelerzeugenden Geometrien.

• Entwicklung eines speziellen Verdampfers/Wärmeübertragers
• Kältemittel wird in einer wendelförmigen Geometrie (Drallströmung) abgesaugt
• Zentrifugalbeschleunigung führt zur Erhöhung des kritischen Wärmestroms

Bei gleicher Fläche/verfügbarem Bauraum kann bis zu 40% mehr Wärme abgeführt werden.

neuartiges, smartes Modul zur Hausklimatisierung auf Adsorptionsbasis

• Adsorbermaterial trocknet Luft analog zu Schwamm, kann trocken oder mit Wasser aufgesogen sein
• Regeneration mittels Kontaktheizung PTCs
• Ad- und Desorptionszyklen werden von smarten Regelalgorithmus geregelt
• erhebliche Effizientssteigerunger gegenüber herkömmlichen Systemen

Entwicklung einer Anlage zur Aufbereitung von Abfall aus isostatisch gepresstem Graphit für die Nutzung als Sekundärgraphit in der Funkenerosion

• Zerkleinerung von gebrauchten Graphitelektroden aus Senkerosion
• Trocknung von ölhaltigem Graphitgranulat
• Pulverisierung von Graphitgranulat
• Binden und Pressen von Graphitstäuben zu Sekundärgraphit
• Fräsen von Sekundärgraphit und Erodieren mit den neu erzeugten Sekundärelektroden

Thermisches Management ist entscheidend bei der Verarbeitung von Hochleistungsthermoplasten.

Beim Drucken von Hochleistungspolymeren wie PEEK treten aufgrund der verhältnismäßig hohen Drucktemperatur und der Änderungen im Materialgefüge, Spannungen im Bauteil auf. Diese Spannungen können zu Mikrorissen, Warping, Cracking und schließlich zu Bauteilversagen führen. Im Projekt Smart Printbed wurde ein System entwickelt, um diese Einflüsse zu minimieren und darüber hinaus elektrische Energie zu sparen.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines vollkeramischen Fräswerkzeuges aus zirkonoxid- und plättenverstärkem Aluminiumoxid für die Schlichtbearbeitung von Nickelbasislegierungen. Im Projekt wurde die Schneidengeometrie entworfen, simuliert und in Fräsversuchen getestet. Dieser iterative Zyklus wurde mehrmals durchlaufen, um eine optimale Schneidengeometrie zu erreichen.

• Untersuchung des Einflusses der Durchflussmenge (Spülung) auf die technischen Zielgrößen beim elektroerosiven Bohren
• Entwicklung einer Modellgleichung für eine prozessgünstige Durchflussmenge in Abhängigkeit der Bearbeitungsbedingungen
• Gewährleistung der Produktivität und Prozessstabilität

• Elektroerosive Bohrbearbeitung
• Untersuchung des Einflusses von Maschinenparameter und  Dielektrika auf die Randzonenschädigung
• Makro- und mikroskopische Analyse der Randzonenschädigungen an Nickelbasislegierungen
• Erarbeitung von Parameterkombinationen zur Minimierung der Randzonenschädigungen

Hochschulübergreifendes Projekt zu Innovativen Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau (InSeL)

Fragestellung: „Welche Anwendungsmöglichkeiten bieten metallische Schäume als moderner Leichtbauwerkstoff?“

• Werkstofftechnik
• Oberflächentechnik
• notwendigen Prozessmodellierung

Entwicklung eines innovativen Antriebssystems für akustisch-messende Lecksuchmolche beim Einsatz als Ein-Molch-System mit Trockenfahrweise in Gas-Pipelines ohne elasto-hydrodynamischen Schmierfilm durch Molchzüge.

• Numerische Auslegung des Fahrgestells und Ausarbeitung des Antriebskonzepts
• Entwicklung von Testumgebungen zur Leckagedetektion
• Strategie zur akustischen Leckagedetektion

Flexibles Spannsystem mit integrierter Messeinrichtung für den 3D-Druck zur Herstellung von Hybridbauteilen:

• elektrische Spannvorrichtung ermöglicht das Bauteil in jeder belibigen Position mehrfach neu zu fixieren
• Form des Bauteils wird beim Spannen durch Spannmechanismus abgetastet
• Abgleich mit CAD Modell, um Objekt sowie seine Lage im Raum automatisch zu erkennen und Druckebene zu identifizieren  
• angepasste Steuerung des 3D-Druckers kann auch auf schiefe Ebenen drucken

• Entwicklung von Parametertechnologien für die elektroerosive Bohrbearbeitung von Titanlegierungen
• Untersuchung von prozessbedingten Randzonenschädigungen

In diesem Forschungsvorhaben soll ein Tischrotationsmikrotom entwickelt werden, welches es ermöglicht histologische Schnitte mehrerer Gewebeproben gleichzeitig in einem übergroßen Paraffinblock zu schneiden. Eine Methode für das halbautomatische Weiterverarbeiten der Probe soll das erschwerte Handling des nur wenige µm dicken Schnitts ermöglichen.

Fertigung definierter Bohrungsdurchmesser

• Erarbeitung eines Parameterlösungsfelds für die elektroerosive Fertigung von Bohrungen mit definiertem Durchmesser
• Analyse der Produktivität in Abhängigkeit der Bearbeitungsbedingungen
• Ableiten von Anwenderempfehlungen

• Untersuchung der Performance unterschiedlicher Senkerodier-systeme
• Verwendung unterschiedlicher, komplexer Elektrodengeometrie (Kavität, Mehrfachrippe, filigrane Stege)

Die Auslegung des Lastmomentbegrenzers (LMB) von mobilen Kranen erfolgt nur mit ungenauen bekannten/ unbekannten Systemparametern und einer rein statischen Betrachtung des Kranverhaltens. Die dynamische Modellierung mobiler Arbeitskrane bietet das Potenzial für eine Steigerung der Leistungsfähigkeit des LMBs.

• Modellierung eines Mehrkörpermodells des Kranersatzsystems
• Entwicklung von Methoden zur Parameteroptimierung
• Anwendung der ausgewählten Methode auf detailliertes Modell des mobilen Arbeitskrans

Das Projekt wurde gefördert vom Land BaWü im Rahmen der Ausschreibung innovative Projekte.

BEMT (gefördert im Rahmen des Erasmus+ Key Action 2 Programmes der EU, Abgeschlossen im Oktober 2018, Die im Rahmen des Projektes entstandenen Kurse finden Sie unter: http://bemt.edu.eg/)
The aim of the project is to develop a new line of small-business owners with engineering background grasping in-depth knowledge and expertise in manufacturing technology with adequate entrepreneurship skills capable of establishing a sustainable small metal manufacturing business that falls under the micro economy spectrum and who are capable of establishing successful and profitable business relationships with large enterprises in Egypt and the open market in general as a feeding/end-user products  industry with competitive production quality.