B4 - Numerische Simulation der Beschichtungsqualität
Prof. Westkämper (IFF), Prof. Gadow (IFKB) - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Da die Planung, Auslegung und Optimierung industrieller Lackieranlagen und -prozesse in der Regel einen sehr hohen Versuchsaufwand zur Bestimmung geeigneter Betriebsparameter erfordert, bietet sich hier der Einsatz numerischer Simulationsverfahren besonders an. Derzeit können mit Hilfe spezieller Simulationsprogramme bereits verschiedener Lackierverfahren bei unterschiedlicher Prozessparametereinstellungen berechnet werden. Betrachtet wird hierbei der Lacktropfentransports unter Berücksichtigung der turbulenten Zerstäuberströmung, des elektrodynamischen Feldes sowie spezifischer thermodynamischer Abläufe. Zielgröße dieser Simulationen ist die, sich in Abhängigkeit der Geometrie und Prozessparameter ergebende, Schichtdickenverteilung auf dem Substrat. Weitere Qualitätsmerkmale wie Oberflächenverlauf oder Haftung können derzeit noch nicht berechnet werden. | Relevanz der Themenstellung:
Die numerische Simulation von Prozessen sowie der hierdurch erzielten Pruduktqualität ist eines der großen Zukunftsfelder der digitalen und virtuellen Produktion. Mit den derzeit in der industriellen Lackiertechnik verfügbaren Simulationsmethoden können in erster Linie Produktions-Layouts und Materialflüsse berechnet und virtuell dargestellt werden. Aber erst mit detailierten Prozesssimulationen können für die unterschiedlichen Ansprüche an die Lackierqualität die jeweiligen konkreten Prozessparameter vorhergesagt werden. Desweiteren werden solche Simulationen für frühzeitige Machbarkeitsstudien alternativer Lackierkonzepte benötigt. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Ziel der Forschungsarbeit ist es, für die teilweise bereits bestehenden Simulationsprogramme neue Methoden und Algorithmen, die auf instationären, dynamischen und multiprozessorfähigen Modellansätzen beruhen, zu entwickeln. Im weiteren sollen die bestehenden Methoden zur Berechnung der Schichtdickenverteilung auf die Berechnug weiterer Qualitätsmerkmale ergänzt werden. Hierzu gehören vor allem mechanische und optische Kenngrößen wie Schichthaftung und Oberflächenverlauf. Ausgangsbasis für die Modellierung und Simulation der Beschichtungsqualität bilden die Impulsverteilung und die momentane Größe der am Substrat ankommenden Lacktropfen sowie die freie Oberflächenströmung des sich bildenden nassen Lackfilms. Die Forschungsarbeiten werden von umfangreichen experimentellen Untersuchungen im IPA-Oberflächentechnikum begleitet. |
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C1 - Erweiterung der Werkstoffeinsatzgrenzen mittels Beschichtungen
Prof. Gadow (IFKB), Prof. Roos (IMWF), Prof. Ertl (VIS) - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Im Betrieb werden Werkstoffe mechanischen, thermischen, triologischen und korrosiven Belastungen ausgesetzt. Eine Kombination dieser Belastungen kann den destruktiven Effekt verstärken und die Lebensdauer des Bauteils deutlich verkürzen. Werkstoffe, die diesen verschärften Anforderungen entsprechen sind in der Regel teuer. Aus ökonomischen Gründen wäre die Anwendung von kostengünstigen Werkstoffen, die durch entsprechende Beschichtungen geschützt werden, sehr wünschenswert. Um ihrer Rolle gerecht zu werden, müssen diese Schutzschichten ein entsprechendes Eigenschaftsprofil aufweisen und mit dem Substrat in mechanischem und chemischem Sinne "kompatibel“ sein. | Relevanz der Themenstellung:
Das Problem der Beschichtung ist für einige Projekte in der Graduate School ein wichtiges Thema. In dem hier präsentierten Projekt liegt der Fokus auf der Korrelation zwischen der Mikrostruktur und dem mechanischen Verhalten von beschichteten Werkstoffen. Geplant sind realgefügebasierte 3D-Modelle auf der Tomogramm-Basis. Da es sich dabei um große Mengen (GB) von Daten handelt, ist ihre Handhabung sowie Visualisierung der berechneten Ergebnisse ein wichtiges Thema. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit VIS (Prof. Ertl) werden Werkzeuge entwickelt, um die räumliche Darstellung von geometrischen sowie berechneten Spannungs- und Dehnungsfelder optimal zu realisieren. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Simulationsmodelle, die auf der mikroskopischen Skala arbeiten, können wertvolle Hinweise zum Aufbau, der Zusammensetzung sowie der erforderlichen Dicke der Beschichtung liefern. Im Vordergrund liegt dabei die werkstofftechnische und werkstoffmechanische Anpassung an die Anforderung um bei der betrieblichen Belastung Versagen z. B. durch Abplatzen der Schicht ausschließen zu können. Die Schutzschichten werden entsprechend der Simulationsergebnisse mittels CVD oder PVD Verfahren hergestellt. Die Charakterisierung erfolgt metallografisch und werkstoffmechanisch in Anlehnung an die betrieblichen Anforderungen. Die Verifizierung erfolgt mit einem Versuchskörper, der die realen Anforderungen bezüglich Umgebungsbedingungen und Beanspruchungszustand abdeckt. |
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C10 - Technologie zur Oberflächenmodifikation von fluidischen Systemen
Prof. Sandmaier (IFF), Prof. Mitschang (IPVS) - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Verschiedene Untersuchungen zeigen auf, dass zu montierende Mikrobauteile (elektronische Chips, optische Systeme, usw.) immer kleiner und dünner werden. Solche Bauteile sind dann mit üblichen Greifsystemen nicht mehr handhabbar. Ein Ausweg stellt eine neue, innovative Montage durch Kapillarkräfte in fluidischen Systemen dar. Durch geeignete topologische Strukturierungen und Beschichtungen von Oberflächen können solche Systeme realisiert werden, bei denen die Mikrobauteile sich selbst korrekt positionieren (self assembly). | Relevanz der Themenstellung:
Die Prozess- und Technologieentwicklung für die Montage von kleinsten Chips werden zukünftig eine immer wichtigere Rolle spielen. Bei Mikrochips mit Abmessungen um 300x300μm und einer Dicke von 10μm stoßen heutige Verfahren mit dem „Pick and Place“ an die technologischen Grenzen. Ein infolge der Miniaturisierung wachsender Marktanteil erfordert schnelle und robuste Montagemethoden für diese Kleinstchips. Weitere Steigerungen der mechanischen Positioniergenauigkeit sind nur mit hohem Aufwand auf Kosten der Geschwindigkeit möglich. Aus diesem Grund ist es erforderlich, auf Technologien zu setzen, die eine Herstellung der Systeme über Selbstjustage erlauben. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Die Entwicklung entsprechender Prozesse zur Erzeugung geeigneter fluidischer Strukturen und Schichten zur Realisierung solcher „self assembly“ Systeme stehen im Vordergrund. Abhängig von den Parametern der Schichten und Strukturen sollen Methoden erarbeitet werden, anhand derer man bereits direkt die Eigenschaften des „self assembly“-Vorganges bestimmen kann. Neben dem Systementwurf derartiger Schichtsysteme und der Optimierung durch Simulationen sollen die betrachteten Methoden an einem Demonstrator experimentell verifiziert werden. |
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C11 - Kontinuierliche Herstellung mehrschichtiger Kunststoffkarten
Prof. Sandmaier (IFF), Atlantik Zeiser GmbH - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Plastikkarten (z.B. Kredit-, Mitgliedskarten usw.) verfügen heute zum Teil über Sicherheitselemente (z.B. RFID Chips, Hologramme usw.), die in den Kartenkörper eingebracht sind. Hergestellt werden solche mehrschichtigen Karten in Matrixanordnung in thermisch verklebten Großbögen. Dieser Herstellungsprozess birgt jedoch verfahrenstechnische Sicherheitsrisiken, die durch eine kontinuierliche Produktion linear hintereinander angeordneter Karten vermeidbar sind. Das Verkleben der einzelnen Schichten erfolgt hierbei stufenweise, beispielsweise mittels UV-härtender Klebstoffe. | Relevanz der Themenstellung:
Intelligente Chipkarten werden immer häufiger für die unterschiedlichsten Bereiche eingesetzt. Vor allem bei sicherheitsrelevanten Systemen werden Karten mit Sicherheitsmerkmalen verwendet. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Optimierung des Fertigungsprozesses unter der Berücksichtigung von sicherheitsrelevanten Abläufen. Beurteilung und Definition der einsetzbaren Komponenten. Aufbau und Anwendung von Systemen zur Überwachung der qualitativen Vorgaben bei der Fertigung. |
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C12 - Produktionskontrolle bei Ink-Jet Druckern
Prof. Sandmaier (IFF), Atlantik Zeiser GmbH - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Tintenstrahl-Drucker (Ink-Jet Drucker) werden heute zum industriellen Digitaldruck eingesetzt. Ihre Verfügbarkeit im Produktionsprozess wird maßgeblich dadurch bestimmt, ob die einzelnen Druckerdüsen die Tintenstrahlen in der geforderten Qualität auf das zu bedruckende Substrat bringen. Die Qualität des Druckbildes ist durch eine Vielzahl von Parametern bestimmt (Eigenschaften der verwendeten Tinte, Eigenschaften des Substrates, verwendete Tropfengrößen, Positioniergenauigkeit des Jets, etc.). Die Produktionskontrolle erfolgt heute durch Beurteilung des Druckbildes mittels eines geeigneten Kamerasystems. Heute ist in der Regel die jedoch nur eine Beurteilung des Gesamtbildes möglich, wichtig wäre jedoch ein Rückschluss auf die einzelnen Parametern. | Relevanz der Themenstellung:
Ink-Jet-Systeme stellen einen der umsatzstärksten Märkte der Mikrofluidik dar. Nachdem bislang vor allem im Office-Bereich solche System eingesetzt wurden, finden heute Ink-Jet-Systeme verstärkt zur Herstellung von Spezialdruckerzeugnissen (grossflächiger Massendruck, Bedrucken von speziellen Oberflächen etc.) ihren Einsatz. Insgesamt wird im Bereich der Ink-Jet-Systeme Jahr 2011 ein Umsatz von ca. 2 Mrd US$ erwartet. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Charakterisierung der durch entsprechende Ink-Jet-Systeme aufgebrachten Schichten. Korrelation von Schichteigenschaften und den eingestellten Parametern. Durch den Einsatz von kognitiven Systemen sollen neue Wege beschritten werden, um den Einfluss der einzelnen Parameter genauer zu spezifizieren. |
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F5 - Strategische Ansätze für Unternehmen des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus bei der Entwicklung von Produkten in China
Prof. Spath (IAT), Prof. Westkämper (IFF), VDMA Landesverband Baden-Württemberg - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Der Wachstumsmarkt China stellt eine Herausforderung für Unternehmen des deutschen Maschinen- und Anlagenbaus dar. Besonders die Entwicklung von Produkten im Land ist eine für das einzelne Unternehmen mit hohen Risiken verbundene Aufgabe. | Relevanz der Themenstellung:
Die Fabriken der nächsten Generation sind ein Produkt, das weltweit vertrieben wird. Zugangsbarrieren erfordern dabei unter anderem auch die Entwicklung von Produkten in den einzelnen Zielmärkten. Vor diesem Hintergrund sollen für den Wachstumsmarkt China Strategien entwickelt werden, die es den Unternehmen des deutschen Maschinen und Anlagenbaus ermöglichen, nachhaltig im chinesischen Markt zu agieren. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Untersucht werden sollen die Möglichkeiten zur Zusammenarbeit mit chinesischen Forschungsinstituten zur Entwicklung von Produkten in China. Dabei ist insbesondere die Leistungsfähigkeit chinesischer Forschungsinstitute im Bereich Mechanical Engineering sowie die Nutzbarkeit von chinesischen Förderprogrammen im Bereich der Grundlagenforschung und der Key Technology Application zu evaluieren. Ferner sind die Zugangsbarrieren für ausländische Projektpartner in diesem Bereich zu ermitteln.
Ein weiterer kritischen Aspekt, der einer Betrachtung innerhalb dieser Themenstellung bedarf, ist die Verfügbarkeit und das Qualifikationsniveau von F+E Personal in China. Abschließend gilt es, Strategien zur Sicherung und Umsetzung von IPR bei Entwicklungsaktivitäten in China aufzuzeigen. |
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B16 - Ganzheitliche skalierbare Fabrikmodellierung
Prof. Westkämper (IFF), Fraunhofer IPA - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Die Herausforderungen im Bereich des Industrial Engineering sind die Anpassung von existierenden Methoden und Werkzeugen und die Konzeption von zukünftigen Arbeitsplänen als Ergebnis eines turbulenten Produktionsumfeldes (sich schnell verändernden Produktionsprozessen und sich ständig verringernden Wiederholhäufigkeiten). | Relevanz der Themenstellung:
Für Echtzeitanalysen müssen die Daten umgehend und an verschiedenen Orten zur Verfügung stehen, was besonders in global operierenden Unternehmen der Fall ist. Die Standardisierung des Datenaustausches zwischen verschiedenen Anwendungen und Informationssystemen benötigt ein komplexes Netzwerk der "Fabriken der nächsten Generation" mit allen Abstartionsebenen. Das Handling von komplexen Prozessen und Daten der entsprechenden integrativen Engineeringsprozessen in einer digitalen und virtuellen Umgebung ist die Basis eines zukünftigen Produktionssystemes, das durch neue Technologien und Werkzeuge unterstützt wird. Hierzu leisten die Modellierung und Simulation, die Planung und Prognoseverfahren oder Analyseverfahren ihren Beitrag. Das Industrial Engineering kann diese Veränderungsprozesse grundlagend verbessern. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Um hochleistungsfähige und wandlungsfähige Produktionssysteme zu erreichen, müssen diese mit folgenden Herausforderungen umgehen können:
- die Fähigkeit, mit der Variantenvielfalt umzugehen, was auf einem intelligenten Konfigurationsmanagement für verschiedene Sichten basiert,
- die Optimierung von Versionen und Veränderungsprozessen, die auf der Entwicklung, Produktion und dem Vertrieb beruhen,
- die Verbesserung von EDM/PDM (Fabrikdatenmanagement/Produktdatenmanagement) Funktionalitäten und Schnittstellen,
- die digitale 3D-Modellierung und Visualisierung durch die Nutzung moderner Anzeige und VR-Technologien,
- die Systemimmanente Integration von verschiedenen Sichten auf unterschiedliche Produktionsstrukturen.
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B17 - Konfigurationssysteme für Fabriken und Prozesse
Prof. Westkämper (IFF), Prof. Mitschang (IPVS), Fraunhofer IPA - Details an/aus - DruckansichtProblemstellung:
Eine effiziente und moderne Produktion muss heutzutage zum einen moderne Technologien und Hilfsmittel adäquat bedienen und nutzen können und zum anderen neue marktseitige Herausforderungen, wie immer kürzere Produktlebenszyklen, Internationalisierung der Märkte und Individualisierung der Produkte, bewältigen können. Aufgrund der Individualisierung der Produkte steigt die Variantenvielfalt, darüberhinaus erhöht sich die Planungshäufigkeit durch die immer kürzeren Produktlebenszyklen. Um den neuen Herausforderungen gerecht zu werden, muss sich die Fabrikplanung der Zukunft weg vom einmaligen projektbezogenen Charakter hin zur kontinuierlichen Planungsaufgabe entwickeln, um sich den veränderten Rahmenbedingungen jederzeit anpassen zu können. | Relevanz der Themenstellung:
Die Fabrikplanung der Zukunft muss außerdem durch durchgängige standardisierte Prozessketten universell einsetzbar sein und über einzelne Unternehmens- und Planungsebenen hinweg integriert werden können. Die Konfigurabilität der Fabriken und ihre entsprechenden technischen Prozesse bringen eine neue Herausforderung. Eine mögliche Lösung kann die Übertragung der Produktkonfigurationsmethoden und -werkzeuge für die Fabrik als Produkt sein. Grundgedanke ist das für den Entwurfsprozess notwendige Wissen formal darzustellen und durch eine automatisierte Unterstützung anzuwenden. | Wissenschaftliche Fragestellung:
Basierend auf dem neuen Industriellen Paradigma „Fabrik als Produkt“, das Hauptziel dieser Dissertationsthema ist:
Übertragung von Produktkonfigurationsmethoden und -werkzeugen für das industrielle Paradigma „Fabrik als Produkt“, mit den folgenden Aspekten:
• Analyse der state-of-the-art Konfigurationsmodelle und –werkzeuge für die Produktentwicklung,
• Anforderungsanalyse der Fabrik- und Prozesskonfiguration,
• Empfehlungen möglicher Konzepte der Produktkonfiguration, die übertragbar sind um eine Fabrik und ihre Prozessen flexibel zu konfigurieren
• Konzeption einer Methode und ICT-basierte Werkzeug/Anwendung um kollaborativ und synchronisiert mit der Produktkonfiguration die Konfiguration einer Fabrik in all ihren Skalen und entlang ihrem Lebenszyklus durchzuführen,
• Validierung der entwickelten Methode und das Werkzeug durch prototypische Implementierung in unterschiedliche Case Scenario.
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