Engineering

Projektbeispiele zum Forschungsthema Engineering

© Fraunhofer EMI

Additives Design und Multidisziplinäre Optimierung

Additive Design Richtlinien für die effektive Anwendung der Additiven Fertigung - Entwicklung einer Flugzeugkomponente

© Fraunhofer IGCV

Design for Additive Manufacturing: Bionische Prinzipien

Auslegung von Gitter- und Wabenstrukturen für die additive Fertigung unter dem bionischen Ansatz der kraftflussoptimierten Anpassung

© Fraunhofer IWM

Design for Additive Manufacturing (DfAM)

Effiziente Bewertung biomimetischer Zellenstrukturen

Zelluläre Strukturen ermöglichen eine Gewichtsersparnis, indem das Bauteil nur in hochbelasteten Bereichen verstärkt wird.

© Fraunhofer IWM

Design for Additive Manufacturing

Optimale Auslegung eines künstlichen Adersystems

Die Versorgung von Gewebe mit Nährstoffen durch ein Adersystem ist eine aktuelle Herausforderung im Tissue Engineering.

© Fraunhofer EMI

Hybrider Leichtbau mit 3D-Druck, Multidisziplinäre Design, Optimierung und integrale Bauweisen

Neue Technologische Ansätze für die Entwicklung von Kleinsatelliten

© Fraunhofer IWM

Design for Additive Manufacturing

Auslegung für functionally graded materials

Immer mehr Verfahren der additiven Fertigung erlauben die lokale Einstellung von Materialeigenschaften.

© Fraunhofer IPK

Produktentwicklung

Additive Fertigung von Leichtbaustrukturen

Aufbau einer additiven Prozesskette bestehend ausS elective Laser Melting (SLM) Laser-Pulver-Auftragschweißen (LPA)

© Fraunhofer IPK

Prozessentwicklung

Aufbaustrategien für die additive Fertigung mittels LPA

© Fraunhofer IWU

Komponenten zur Wärmeregulierung

Miniatur-Wärmetauscher

Dieser Kreuzstrom-Wärmetauscher wurde speziell für das additive Verfahren Laserstrahlschmelzen konstruiert und anschließend mit diesem Verfahren gefertigt

© Fraunhofer IWU

Medizintechnik

Hüftimplantat mit integrierten Funktionen

Dieser Prototyp einer Hüft-Endoprothese zeigt das Potential der additiven Fertigung in der Medizintechnik und demonstriert die Integration verschiedener Funktionen in einem Bauteil

© Fraunhofer IWU

Werkzeugbau

HiperFormTool

Hochleistungswerkzeuge für die Blechumformung mittels Laserstrahlschmelzen

© Fraunhofer IWU

Funktionsintegration

Integration von Aktorik/Sensorik in Implantate

Bei Endoprothesen wie z.B. dem künstlichen Hüftgelenk ist die Implantatlockerung das Hauptproblem, wodurch ein Implantatwechsel und dadurch ein erneuter operativer Eingriff erforderlich wird

© Fraunhofer IGCV

Produktentwicklungs- methode für die additive Fertigung

Der schichtweise Aufbau bei der additiven Fertigung ermöglicht neue Freiheitsgrade in der Konstruktion von Bauteilen und erweitert dadurch den zur Verfügung stehenden Lösungsraum.

© Fraunhofer IFAM

Additive Fertigung von Leichtbaukomponenten

Additive Fertigung von Leichtbaukomponenten und Entwicklung von Pulverspezifikationen für LBM und EBM

© Fraunhofer IFAM

Reibungs- und verschleißarme Gelenke dank nachgiebiger Mechanismen

Die additive Fertigung eröffnet eine großen gestalterischen Freiraum um Geometrien mit speziellen Eigenschaften nachbilden zu können.

© Fraunhofer IFF

Entwicklungsbegleitende Simulation von Prozessschritten

Lösungen für den Menschen und die Maschine

Nach dem Vorbild der Natur entwickeln Forscher Ideen und Produkte, die gezielt an Umweltbedingungen angepasst werden können. So lässt sich das Verhalten mechanischer Strukturen gezielt beeinflussen: Gewicht reduzieren, die Steifigkeit erhöhen oder die Form aktiv kontrollieren. Die richtige Konstruktionsmethodik, in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses eingesetzt, liefert hier große Fortschritte in Bezug auf die Produktqualität.

Von der Konzeptidee über den Prototypen bis hin zur Produktfreigabe unterstützen die Institute des Kompetenzfelds Sie in der Konstruktion und der methodengestützten Produkt- und Prozessentwicklung:

  • Produktdesign – Bionisches und ästhetisches Design

Das Kompetenzfeld Additive Fertigung unterstützt Sie bei der Gestaltung und Optimierung Ihrer (neuen) Produkte, in der Anwendung und unternehmensbezogenen Adaption moderner virtueller und physischer Prototypen sowie in der Gestaltung Ihrer Produktionsprozesse.

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Produktgestaltung

Neue Fertigungsmethoden inspirieren das Industriedesign. Durch das Zusammenspiel von Form und Technik entstehen immer neue Produkte. Generative Technologien als Fertigungsverfahren bieten Industriedesignern, aber auch anderen Zielgruppen in der Produktentwicklung höchste Freiheitsgrade.

Bionisches Design

Die Lösung konstruktiver Aufgaben nach Vorbildern aus der Natur wird in vielen technischen Anwendungen bereits heute umgesetzt. Durch die großen gestalterischen Freiheiten, die die generativen Fertigungsverfahren bieten, gelingt es, auch Leichtbaustrukturen aus der Natur abzuschauen und ohne Rücksicht auf fertigungstechnische Beschränkungen bereitzustellen – eine deutlich bessere und direktere Umsetzung der bionischen Vorbilder in technische Lösungen.

Konstruktion nach »generativen« Prinzipien

Für alle traditionellen Fertigungsverfahren wie das Fräsen, Drehen oder Spritzgießen existieren fest vorgegebene Konstruktionsrichtlinien. Vieles kann nicht gefertigt werden oder ist mit großem Aufwand verbunden. Die generativen Fertigungsverfahren sind weitaus weniger Einschränkungen unterworfen. Die traditionellen Konstruktionsregeln gelten hier nicht und müssen zum Teil sogar konsequent missachtet werden, um alle Vorteile der Verfahren auszuschöpfen. Die Aussage, dass Komplexität in der Herstellung keine Kosten verursacht oder diese sogar einspart, ist nur ein kleiner Teil des Umdenkprozesses, der stattfinden muss.

Aktuelle Entwicklungen

Designregeln für das Kunststoff-Lasersintern

Die geometrische Freiheit, die die generativen Fertigungsverfahren bieten, erlauben es, ein neues Design in der Produktwelt zu etablieren. Organische Formen, komplexe Leichtbaustrukturen und Freiformflächen sind nur einige der Designelemente, die die Ästhetik der generativ hergestellten Produktpalette in Zukunft prägen. Individuelle Fertigung macht eine "Mass Customization" möglich und der Kunde kann aktiv in den Gestaltungsprozess eingreifen.

Individuelle Kunststoff-Prothesen

Eine Amputation ist immer mit einem tragischen Schicksal verbunden. Schwere Unfälle und lebensbedrohliche Krankheiten gehen jeder Amputation voraus. Jede Amputation ist mit einer langen Rehabilitationsphase verbunden.

Um einen Amputierten bestmöglich zu versorgen, sind individuelle Lösungen unverzichtbar: Die Integration hochtechnischer Komponenten, beispielsweise computerchipgesteuerte Kniegelenke und myoelektronische Steuerungen, liefert jedoch nur einen einzelnen Baustein einer erfolgreichen Patientenversorgung. Für die Zufriedenheit der Patienten sind zumeist andere Eigenschaften ausschlaggebend: Die Prothese muss exakt an den Körper passen. Sie soll sehr leicht sein und gut aussehen. Gerade hier kann die generative Fertigung punkten.

Bionische Strukturen umsetzen

Die Natur erschafft »Leichtbaulösungen« häufig durch komplexe hierarchische Strukturen. Gradierte Bauteileigenschaften tragen zur Festigkeit und Zuverlässigkeit bei. In einem aktuellen Forschungsprojekt werden zelluläre Trabekelstrukturen der Form des Bauteils angepasst und lokal an die mechanischen Anforderungen angeglichen.

Unsere Leistungen

Gestaltungsrichtlinien

Bei den generativen Fertigungsverfahren sind, wie bei den traditionellen Fertigungsverfahren auch, Gestaltungsrichtlinien und -regeln zu beachten, die über den Erfolg oder den Misserfolg einer Lösung entscheiden. Auch hier bietet das Kompetenzfeld Additive Fertigung Beratung zu einer Vielzahl an Aufgaben und den jeweils passenden Fertigungsverfahren und Materialien. Auch im Hinblick auf unterschiedliche produktbezogene Normen und Vorschriften in Kombination mit generativen Fertigungsverfahren beraten wir Sie gerne.

Mit unserer Kompetenz in den generativen Verfahren entwickeln wir auch Fertigungsverfahren wie das Selective Laser Melting (SLM). Mit dem SLM als Rapid-Prototyping- und Rapid-Manufacturing-Verfahren werden metallische und keramische Bauteile und Werkzeuge hergestellt.

Die Arbeiten der Institute des Kompetenzfelds umfassen verfahrenstechnische, physikalische und werkstoffkundliche Grundlagen, die Modellbildung zur Unterstützung und Optimierung der Verfahrensentwicklung sowie die Entwicklung von Komponenten zur Strahlführung und -formung, zur Pulverzufuhr und zur Prozessüberwachung und -regelung. Darüber hinaus entwickeln und installieren wir komplette Pilotanlagen.

Produktentwicklung

Die generativen Fertigungstechnologien erlauben eine flexible Bauweise innerhalb kürzester Zeit. Dabei kann auf Zeichnungen, den Werkzeugbau und die Halbzeugbeschaffung verzichtet werden. Dies verändert den gesamten Produktentwicklungsprozess radikal und verkürzt die Reaktionszeiten der Unternehmen gegenüber veränderten Marktanforderungen. Mit den entsprechenden Management-Konzepten können Sie Ihrer Produkte und Dienstleistungen hinsichtlich Kosten, Zeit, Qualität und Umwelt optimieren.

Aktuelle Entwicklungen

RFID-Integration

Ist ein komplexes metallisches Bauteil mit einem erweitertem Funktionsumfang zu versehen, kann dieses während Lasersinterns bzw. Laserschmelzens mit integrierten, so genannten RFID-Chips ausgestattet werden. Die Herausforderung liegt darin, den Prozess der Integration der RFID-Bauteile so zu führen, dass diese auch nach dem Einbau noch einwandfrei funktionieren. Dies schafft völlig neue Möglichkeiten der weiteren Funktionalisierung generativ hergestellter Bauteile. Mit den berührungslos auch auf Distanz auslesbaren und – je nach Ausführung – auch beschreibbaren RFID-Einheiten, sind verschiedenste Anwendungsszenarien denkbar. Diese reichen vom einfachen Auslesen des Identifizierungscodes zum Plagiatschutz bis zum Speichern von Informationen während der Nutzung zur Unterstützung der weiteren Produktenwicklung.

Unsere Leistungen

Methoden der Produktentwicklung

Im Bereich Generative Verfahren entwickeln wir Fertigungsverfahren wie das Selective Laser Melting (SLM). Mit dem SLM als Rapid-Prototyping- und Rapid-Manufacturing-Verfahren werden metallische und keramische Bauteile und Werkzeuge hergestellt.

Die Arbeiten der Institute des Kompetenzfelds umfassen verfahrenstechnische, physikalische und werkstoffkundlicher Grundlagen, die Modellbildung zur Unterstützung und Optimierung der Verfahrensentwicklung sowie die Entwicklung von Komponenten zur Strahlführung und -formung, zur Pulverzufuhr und zur Prozessüberwachung und -regelung. Darüber hinaus entwickeln und installieren wir komplette Pilotanlagen.

Werkzeuge der Produktentwicklung

In vielen Branchen werden heute Standardprodukte aus diversen CAD-Baukastensystemen ausgewählt und eingesetzt. Die letzten Bauteile, die den eigentlichen Kontakt zum Produkt haben, werden aber mit hohem Aufwand produktindividuell und in Einzelstücken oder Kleinstserien hergestellt.

Durch generative Fertigungsverfahren verbessern die Institute des Kompetenzfelds nicht nur punktuell die Qualität von Teilfunktionalitäten, sondern stellen auch ganze Funktionsbaugruppen direkt her, die ohne weitere Montageschritte einsatzbereit sind.