3D-Druck Workshop im Fab Lab Siegen

Das Fab Lab Siegen ist neuerdings, dank der Förderung REACT-EU außerschulischer Lernort. Dass MINT-Themen hier praktische Anwendungen finden, hat auch eine Schülerinnen-Gruppe der Gesamtschule Freudenberg herausgefunden. Im Rahmen eines Projektkurses haben die Schülerinnen das Fab Lab besucht, um mehr über die Möglichkeiten digitaler Fabrikation im Rapid Prototyping herauszufinden.
Der Kurs findet im Rahmen des Kooperationsprojekts „Next Generation Design for Climate“ zwischen der Uni Siegen (Fokos und Mintus) und Schulen unserer Region statt. Gefördert wird es von der Sparkasse Siegen. Der Workshop dient als erster Aufschlag, ein breites Workshopangebot zu schaffen.


Die Schülerinnen versuchen durch konventionelles Einwegbesteck aus Kunststoff Abfälle zu reduzieren. Da Kunststoff nicht gleich Kunststoff ist, begann die Arbeit im Chemie-Labor in der Chemie-Didaktik bei Prof. Dr. Gröger unter Anleitung von Karina Souza Oliveira.

Welche Kunststoffe gibt es so? Welche Eigenschaften haben sie?
Wo kommen die Rohstoffe her und wie wird man sie nach der Verwendung wieder los?

Nachdem sich die Schülerinnen über verschiedene Materialien informiert hatten, entschieden sie sich dazu, das Filament PBS (Polybutylensuccinat) zu nutzen. PBS besteht aus nachwachsenden Rohstoffen, ist CO2-neutral hergestellt und zu Hause kompostierbar. Gute Voraussetzungen also: Das dreckige Geschirr kann direkt nach der Grillparty auf den Kompost.
Das eigentliche Produkt (ein Göffel – Halb Gabel, halb Löffel) sollte bei uns im Fab Lab Siegen gestaltet und hergestellt werden.
Die Gruppe wurde von Marios Mouratidis in das Fused-Layer-Modelling (FLM) 3D-Druckverfahren unterwiesen und angeleitet. Über mehrere Wochen lernte die Gruppe Grundlagen über die Funktionsweise und Bedienung von FLM 3D-Druckern, verschiedene Materialien sowie die Konstruktion mit einer CAD-Anwendung kennen. Die Prototypen wurden mit Polylactid (PLA) hergestellt. PLA ist zwar nur in Industrieanlagen kompostierbar, wird aber mit Hilfe eines Fermentations- und Polymerisationsprozesses aus nachwachsenden Rohstoffen gefertigt. Es bietet gute Eigenschaften „um mal eben“ einen Prototypen zu drucken. Das Endprodukt wird dann aus PBS gefertigt, da es deutlich elastischer und hitzebeständiger ist.

Weitere Infos zum Projekt Next Generation Design for Climate findest du hier.

Zusätzliche Öffnungszeiten für Studierende

Zusätzlich zu unseren Open Lab Zeiten jeden Mittwoch von 14 bis 20 Uhr gibt es dieses Sommersemester auch Zeiten, an denen das Lab extra für Studierende geöffnet ist.
Studierende können ab sofort auch an Dienstag und Donnerstag zu folgenden Zeiten im Fab Lab arbeiten:

               Dienstags von 13 – 16 Uhr

               Donnerstags von 14 – 17 Uhr

Diese erweiterten Öffnungszeiten richten sich gezielt an Studierende der Universität Siegen, um zusätzliche Zeiten zu bieten, um an ihren Projekten zu arbeiten. Personen, die nicht der Universität angehören, können wie gewohnt mittwochs zum Open Lab kommen.

Hier gelten dieselben Empfehlungen, wie auch zum Open Lab:

  • nicht mehr als 20 Gäste im Lab
  • 3G empfohlen (genesen, geimpft, getestet)
  • um durchgehendes Tragen der Maske wird gebeten
    (Ausnahme: Trinken und Essen in bestimmten Bereichen)
first Open Lab held in April on the 6th of April 2022

Wiedereröffnung des Fab Labs

Wir melden uns mit guten Neuigkeiten! Das Fab Lab öffnet seine Pforten ab Semesterbeginn endlich wieder. Wir freuen uns also, euch den Termin für das nächste Open Lab verkünden zu dürfen: Mittwoch, der 06. April.

In Anbetracht der nach wie vor sehr hohen Corona-Fallzahlen haben wir für BesucherInnen des Labs allerdings ein paar Empfehlungen:

Innerhalb unserer Räumlichkeiten empfehlen wir die 3G Regel beizubehalten (genesen, geimpft, getestet). Weiterhin ist empfohlen durchgehend eine Maske zu tragen. Natürlich darf die Maske zum Trinken abgenommen werden, wir bitten aber darum, diese danach direkt wieder aufzusetzen. Aus diesem Grund sind aktuell auch offene Getränke (bspw. Kaffee/Teetassen) nicht gerne gesehen, da diese erfahrungsgemäß zu einem “Kaffeeklatsch” führen 😉
Statt direkt am Arbeitsplatz zu essen, bitten wir euch, eure Speisen an den offenen (!) Fenstern in der Lobby bei Startpunkt zu konsumieren, um die Sicherheit aller Anwesenden zu gewährleisten.

Die BesucherInnen-Anzahl im Fab Lab ist auf maximal 20 Gäste beschränkt.

Zusammengefasst:

  • maximal 20 Gäste im Lab
  • 3G empfohlen (genesen, geimpft, getestet)
  • um durchgehendes Tragen der Maske wird gebeten
    (Ausnahme: Trinken und Essen in bestimmten Bereichen)
erstes Open Lab im April am 6.04.2022

Das Softwareevent

Wir möchten gerne auf eine Veranstaltung des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Siegen zum Thema Start-Ups aufmerksam machen.

Start-ups gelten als neue Impulsgeber für die digitale Transformation des Mittelstandes. Durch Kooperationen können sich gemeinsame innovative Lösungen entwickeln, aus denen neue Geschäftsmodelle, Produkte und Dienstleistungen entstehen. Vor allem wenn es um die Umsetzung von Technologien in der Industrie 4.0 geht, birgt die Zusammenarbeit zwischen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) und Start-ups große Potenziale.
Gemäß dem Motto des  Startpunk57: „Keine Idee und kein Ideengeber darf verloren gehen“ möchten wir auf die Innovationen in der hiesigen Region hinweisen und handfeste Möglichkeiten bieten, konkrete Szenarien und Produkte zu testen und auszuprobieren. Mit der Veranstaltung „Informieren-Demonstrieren-Ausprobieren – Das Softwareevent“ haben Sie dazu die Möglichkeit und kommen ohne große Hürden mit Start-Ups aber auch etablierten Unternehmen unserer Region ins Gespräch. Anhand von interessanten Beispielen und Erfahrungen aus der Praxis werden den Teilnehmenden viele motivierende und impulsgebende Möglichkeiten bestehender Software und Dienstleistungen „Made in Südwestfalen“ aufgezeigt. Sie können selbst ausprobieren und somit wertvolle Erfahrungen sammeln.

Termin und Ort:

31.05.2022
13:30 Uhr – 16:30 Uhr
FabLab Siegen & Startpunkt57 im Haus der Innovation (Sandstraße 26, 57072 Siegen, 1.OG)

Weitere Informationen sowie die Anmeldung hier.

View into the Fab Lab

Open Lab vorübergehend geschlossen

In Anbetracht der aktuellen Inzidenzen haben wir zu unser aller Sicherheit beschlossen, das Fab Lab bis auf weiteres geschlossen zu halten.

Ein fester Termin für eine Wieder-Öffnung steht derzeit nicht fest. Sobald das Pandemiegeschehen ein sicheres Open Lab wieder zulässt, werden wir dies hier auf der Website, per E-Mail und Social Media bekannt geben.

In dringenden Fällen, z. B. für die Arbeit an Abschluss- oder sonstigen Projektarbeiten, kontaktiert uns und wir finden eine Lösung.

Vor dem Hintergrund des in den kommenden Wochen zu erwartenden Pandemieverlaufs hat die Universität Siegen ihre Maßnahmen angepasst. Alle Gebäude der Universität bleiben daher bis einschließlich zum 06.02.2022 für die Öffentlichkeit geschlossen. Wie es danach weiter geht, ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht bekannt.

Für das Fab Lab bedeutet das, dass bis mindestens zum 06. Februar kein Open Lab stattfinden wird. Entgegen unserer letzten Aussage findet dementsprechend auch kein Open Lab am kommenden Mittwoch, den 19. Januar statt.
Wir hoffen, dass wir euch am 09.02. wieder bei uns begrüßen dürfen, können dies derzeit aber noch nicht versprechen.

Passt auf euch auf.

Erweiterung des Rotationszugbiegens zu einem teilkinematischen Verfahren mit reduzierten Werkzeugflächen

„Wer Kunststoff kennt, nimmt Stahl!“

Ein altbekannter Spruch in unserer von Stahl geprägten Region. Aber wie viel Stahl braucht ein Produktionswerkzeug eigentlich wirklich? Diese Frage haben wir vom Lehrstuhl für Umformtechnik (UTS) uns im DFG Projekt „Erweiterung des Rotationszugbiegens zu einem teilkinematischen Verfahren mit reduzierten Werkzeugflächen“ gestellt.

Verfahren und Werkzeuge

Rohrbögen werden im industriellen Produktionsalltag mittels Rotationszugbiegen gefertigt. Beim Rotationszugbiegen wird das Profil um eine innen liegende Biegeform gebogen. Damit das zum Biegen notwendige Moment aufgebracht werden kann, wird das Profil einseitig durch den Gegenhalter geführt. Das andere Ende des Profils wird mit der Klemmbacke an die drehbar gelagerte Biegeform geklemmt.

Schematische Darstellung des Rotationszugbiegens (links). Prozessvideo (rechts)

Aufgabe im DFG Projekt war es, die bestehenden formgebunden Werkzeugelemente des Rotationszugbiegens geometrisch aufzulösen und zu vereinfachen.

Dies ermöglicht:

  • erhöhte Flexibilität des Umformprozesses
  • wirtschaftliche Produktion kleinerer Losgrößen
  • individualisierte Produkte

Über eine Flächenreduktionsmethode wurden schräg angestellte Kontaktflächen statt der bisherigen, voll umschließenden Werkzeuge abgeleitet.

Zum direkten Vergleich mit der konventionellen Bauform wurden diese neuartigen Werkzeuge zunächst aus Werkzeugstahl hergestellt. Mit dem Ziel der Flexibilisierung des Rotationzugbiegens können die geneigten Werkzeugflächen vertikal verstellt werden, so dass Rohre mit Durchmesser von 25 mm und 30 mm um 90° gebogen werden können. Untersucht wurden Rohre aus den Werkstoffen Edelstahl und Messing. Die Wanddicke betrug 1 mm und 2 mm.

Ergebnisse

Im Vergleich zu den konventionellen Werkzeugen ist die Deformation der Rohre stärker ausgebildet, und nimmt mit abnehmender Wanddicke zu.

Deformationsvergleich nach 90 ° Biegung: Unterschied konventionellen zu vereinfachten Werkzeugen (a). Abweichungsscan der gefertigten Rohrbögen (b)

Alle Proben weisen eine Falte am Innenbogen vor der Klemmbacke auf. Rückzuführen ist dies auf die fehlende Unterstützung im Biegeformgrund, was sich auch in den Simulationen in abgeschwächter Form zeigte und für die Qualität einen akzeptablen Umfang des Toleranzmerkmals darstellt.

Darf es eine Schicht mehr sein?

Nach den positiven Projektergebnissen mit dem reduzierten Werkzeug haben wir im Anschluss des Projekts gedacht: „Wer Kunststoff kennt, der nimmt auch Kunststoff!“

Also wurden alle Werkzeugteile auch aus Polylactide (PLA) beim Fab Lab Siegen auf 3D Druckern additiv gefertigt. Die Flexibilität des Projektes mit reduzierten Werkzeugflächen zu biegen, wird durch den additive Tooling Ansatz weiter gesteigert, da so vereinfachte Werkzeugeinsätze on-demand aus kostengünstigerem Kunststoff gedruckt werden können.

Aus Sicht des Profils erreicht man eine bessere / glattere Oberfläche. Auch die Faltenausprägung liegt in gleicher Größenordnung. Aber wer will schon gerne Falten haben? Ein Blick auf den im Innenbogen liegenden Faltenglätter zeigte, dass dieser der hohen Belastung nicht standgehalten konnte.

Flächenreduzierter Werkzeugsatz aus PLA zum Rotationszugbiegen von Metallrohren (oben)
 
Deformationsvergleich: Unterschied konventionellen zu PLA Werkzeugen (unten)

In einer Anpassung des Werkzeugkonzepts konnte abschließend ein Rohr mit vergleichbarer Qualität wie mit den konventionellen Werkzeugen gebogen werden.

Bleibt noch die Frage wie viel Profile kann mit einem PLA-Werkzeug gebogen werden. Wenn du dies beantworte willst, komm zu uns.

Hier noch mal ein fettes Dankeschön an das Team vom Fab Lab Siegen für die Unterstützung.

Corona

Because there were some questions we would like to clarify under which conditions you can come to the Lab.

We would like to share with you some more detailed info about how to access the Fab Lab. The 3G rule applies, which means whoever is fully vaccinated, recovered or tested negative may visit the lab. However, not all tests are the same. Valid are official PCR tests with a QR code as well as rapid tests from the approved sites (not self-performed tests). University students and employees, for example, can take advantage of the university’s offer of free self-testing through Nov. 30. .
The current regulations for the Fab Lab can be found here.

The Fab Lab opens again – at Reichwald’s corner!

Finally the time has come, from Wednesday, October 13 we open once a week on Wednesdays from 2 to 8 pm. We are very excited to welcome you to the new Lab at Sandstraße 26, on Reichwald’s corner, and to work (and drink mate) with you again.

The 3G rule applies, which means whoever is vaccinated, recovered or tested negative may come by. However, seating is limited to a maximum of 20 people at any one time. Masks are mandatory throughout the Lab (except at the workplace) and safety distance. Use of the Fab Lab is still free, but as always, everyone brings their own consumables.

It is also important that everyone, including those who have worked in the lab before, must take a safety instruction. Therefore, we are offering additional safety instructions on October 13 at 2 p.m., 4 p.m. and 6 p.m.. After that, there will be regular safety instruction on Wednesdays only at 4 p.m.

As usual, you don’t need to register or pay anything for the visit or the safety briefings.

Tensile Test

If you’ve always wondered what a plastic component from a 3D printer can withstand, you’ve come to the right place. As part of the SmaP research project, we teamed up with the UTS Chair of Forming Technology and literally put our prints to the test (yes, well, maybe more like clamped).

The Attempt

The test we have carried out is the tensile test according to DIN EN ISO 527-1. This DIN standard contains the basic information about the exact execution of the tensile test for plastics.

The Sample

The specimen was dimensioned according to DIN EN ISO 527-2. This standard specifically defines the test conditions for molding and extrusion compounds. In our case, it is an extrusion compound, which is due to the manufacturing process (FDM 3D printers like the ones used extrude liquid plastic into an extrusion compound). Our specimen is a flat specimen of type 1A, this has a rectangular shape with so-called heads for clamping wedges. The width is 10 mm and a thickness of 5 mm.

Test Execution

3 different materials from 2 different printers were tested. 5 samples each were made. Samples of polylactide (PLA) and polyethylene terephthalate (PETG) were printed on one of our Prusa i3 MK3s printers. Furthermore, samples of onyx were produced on the Markforged MarkTwo. Onyx is a nylon with portions of carbon short fibers. For the test, a material sample in standardized form is inserted into a tensile testing machine. This machine stretches the specimen during the test until it breaks or elongation occurs without breakage (looks then like an elongated chewing gum). The specimen is stretched at a standardized speed (1 mm/min). The tensile testing machine continuously pulls the specimen apart during the test. The force that the specimen opposes this imposed strain is meanwhile recorded via the strain. The values in the evaluation can then be determined from the measured data. In the video below, you can see the experimental procedure and the tearing of a sample.

Results

The evaluation contains all essential information about the test and its boundary conditions, as well as a stress-strain diagram, the images of the specimens, and the data on material properties obtained from the test.

PLA

In the stress/strain diagrams of PLA, the range of elastic deformation can be seen in the range of about 0 – 1.8 %, which then stops abruptly when the tensile strength is reached, and changes to plastic deformation. From the area of plastic deformation, approximately between 1.8 and 2%, the quite pronounced part of the necking begins. The material still allows about 1.5% elongation until it finally breaks.

PETG

With PETG, the result cannot be reconstructed quite as nicely as with PLA. Sample PETG_P1, the upper outlier in the diagram, changes from the elastic to the plastic range at about 55 MPa, which then leads to necking at 60 MPa and ends in fracture of the sample at an elongation of 5.1%. The four other specimens behave similarly for the most part and also have only a small area of plastic deformation and pronounced area of necking. Compared to PLA, the elastic range of PETG is more pronounced.

Onyx

The onyx material also has a continuous transition from elastic to plastic deformation, although the region of elastic deformation is difficult to discern. Apparently, this ends at about between 8 and 10 MPa and then turns into a very pronounced part of plastic deformation, which subsequently leads to fracture with only slight necking.

Comparison

In this comparison, all evaluated specimens are summarized in a stress-strain diagram.

Here it can be seen that the specimens made of onyx (black) allow almost twice as much strain until fracture occurs, compared to the specimens made of PETG (red). Compared to the other two materials, the samples made of PLA allow even less elongation and are all already torn at an elongation of ε = 3.4 – 3.8 %. The comparison diagram also shows how much stress the materials can withstand, with PLA being the best performer except for the one outlier (PETG_P1). This is followed by PETG and in third place by the onyx material. Comparing all three materials with each other, it can be seen that PLA allows the least elongation in its elastic deformation range, but also quickly leads to breakage of the specimen after exceeding this range. Therefore, it can be said that PLA is certainly the material with the most brittle behavior. If you now want to realize one of your projects, you can follow these results to some extent, at least as far as tension and elongation are concerned, although the three materials naturally have other strengths and weaknesses.

Production of a prototype for a bending machine (Master thesis mechanical engineering)

As part of my master’s thesis at the Chair of Micro- and Nanoanalytics in cooperation with the Chair of Forming Technology at the University of Siegen, I developed and subsequently commissioned a bending machine for plastic forming in the scanning electron microscope.

The bending machine will be used to perform three-point bending tests to investigate the crack initiation of bent specimens in order to better utilize materials in bending forming. Forming processes are used in the manufacture of products in many areas of daily life: Cars, aircraft, ships, piping, sheet metal forming and many more.

For a detailed examination of the bending specimens during the bending test, I built the bending machine to fit the scanning electron microscope (SEM). Since there is little space available in a scanning electron microscope, the machine had to be relatively small and light – it fits on the palm of a hand. Initial bending tests in the SEM have already been carried out.

Rapid Prototyping

During the design phase, I used 3D printing as a rapid prototyping process. Compared to machining processes, this method has the advantage of fast production of parts based on CAD models. The first 1:1 scale prototype was designed and 3D printed during a planning and development project, also as part of my studies.

Especially at the beginning of the project, it was important to quickly get a good idea of the real dimensions of the components to be manufactured later. Thanks to the friendly support of the Fab Lab in the person of Fabian Vitt, the required components were printed quickly and without any problems. Thanks to the friendly support of the Fab Lab in the person of Fabian Vitt, the required components were printed quickly and without any problems. In this way, all those present can get a very good picture of the shape and details of the component that will later be manufactured through the 3D printouts. This is less possible with the otherwise often used printed construction drawings. 3D prototyping can lead to new fitting ideas and facilitate the identification of necessary optimizations.

A short animation video of the bending process:
https://lmn.mb.uni-siegen.de/in-situ-em/