abschlussarbeiten

Anfertigung eines Prototypen für eine Biegemaschine (Masterarbeit Maschinenbau)

Im Rahmen meiner Masterarbeit am Lehrstuhl für Mikro- und Nanoanalytik in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Umformtechnik an der Universität Siegen habe ich eine Biegemaschine für plastische Umformungen im Rasterelektronenmikroskop entwickelt und anschließend in Betrieb genommen.

Mit der Biegemaschine sollen Dreipunktbiegeversuche für die Untersuchung der Rissentstehung von Biegeproben durchgeführt werden um Werkstoffe bei der Biegeumformung besser ausnutzen zu können. Umformprozesse werden bei der Herstellung von Produkten vieler Bereiche des täglichen Lebens verwendet: Autos, Flugzeuge, Schiffe, Rohrleitungen, Blechumformung und viele mehr.

Für eine genaue Untersuchung der Biegeproben während des Biegeversuchs habe ich die Biegemaschine passend für das Rasterelektronenmikroskop (REM) gebaut. Da in einem Rasterelektronenmikroskop nur wenig Platz zur Verfügung steht musste die Maschine relativ klein und leicht sein – sie passt auf eine Handfläche. Erste Biegeversuche im REM wurden bereits durchgeführt.

  • Versuchsaufbau (Prototyp 1 und realisierte Maschine auf dem Probentisch)
  • Versuchsaufbau (Prototyp 1 und realisierte Maschine auf dem Probentisch)
  • Versuchsaufbau (Prototyp 1 und realisierte Maschine auf dem Probentisch)
  • Prototyp 2 – Abmessungen (Breite x Tiefe x Höhe): 10 x 10 x 5 cm, Maßstab 1:1
  • Reale Maschine – Abmessungen (Breite x Tiefe x Höhe): 10 x 10 x 5 cm
  • Prototyp 2 – Abmessungen (Breite x Tiefe x Höhe): 10 x 10 x 5 cm, Maßstab 1:1
  • Reale Maschine – Abmessungen (Breite x Tiefe x Höhe): 10 x 10 x 5 cm

Rapid Prototyping

Während der Konstruktionsphase habe ich 3D-Druck als ein Rapid Prototyping-Verfahren eingesetzt. Dieses Verfahren hat gegenüber den spanenden Fertigungsverfahren den Vorteil der schnellen Fertigung von Teilen auf Basis von CAD-Modellen. Der erste Prototypen im Maßstab 1:1 wurde während eines Planungs- und Entwicklungsprojektes, ebenfalls im Rahmen meines Studiums konstruiert und 3D-gedruckt.

Besonders zu Beginn des Projektes war es wichtig, schnell eine gute Vorstellung von den realen Abmessungen der später zu fertigenden Bauteile zu erhalten. Dank der freundlichen Unterstützung des Fab Labs in Person von Fabian Vitt konnten die benötigten Bauteile schnell und problemlos gedruckt werden. Ein weiterer Vorteil der Prototypenfertigung mittels 3D-Druck ist die Möglichkeit der Präsentation der Bauteile bei Besprechungen im Maßstab 1:1. So können sich alle Anwesenden durch die 3D-Ausdrucke ein sehr gutes Bild von Form und Details des später zu fertigenden Bauteils machen. Dies ist bei den sonst oft verwendeten ausgedruckten Konstruktionszeichnungen weniger gut möglich. Das 3D-Prototyping kann zu neuen Anpassungsideen führen und das Erkennen nötiger Optimierungen erleichtern.

Ein kurzes Animationsvideo des Biegeprozesses:
https://lmn.mb.uni-siegen.de/in-situ-em/

By Marios Mouratidis, ago

Ausschreibung: Studentische Arbeiten rund um 3D-Druck

Format: Bachelor-/Masterarbeit, Seminararbeit, Projektarbeit,… (nach Absprache)

Zielgruppe: HCI, IMuG, WInfo (andere Studiengänge nach Absprache)

Kontakt: Lehrstuhl Prof. Dr. Pipek, Oliver Stickel.

Ausschreibung als PDF

Thematische Einordnung

3D-Druck und andere Technologien der digitalen Fabrikation wie z.B. CNC-Fräsen, Laserschneiden, etc. finden in den letzten Jahren zunehmend Anwendung in den Händen nichtprofessioneller NutzerInnen. Diese sogenannte “Maker”-Kultur treibt auf ganz neuen Wegen sozio-technische Innovationen an und schließt sich in sog. Makerspaces oder Fab Labs (Fabrication Laboratories) zu Communities zusammen. In diesem Kontext tun sich derzeit viele wissenschaftliche Fragestellungen auf, eine davon bezieht sich auf die notwendigen technischen Werkzeuge. Digitale Fabrikation besteht grundsätzlich aus zwei Schritten:

Erstellung einer digitalen Repräsentation (Zeichnung / 3D-Modell) eines Artefaktes.
Computergesteuerte Produktion des Artefaktes durch 3D-Druck oder andere Technologien, wofür das in 1. erstellte Modell in einer Steuer-Software in für die Produktionsmaschine verständliche Instruktionen überführt wird (Stichworte “CAM”, “Slicing”, etc.)

Forschung / Mögliche Arbeiten

Im Rahmen vorheriger Forschung konnten wir für den 3D-Druck feststellen, dass Schritt eins, also die 3D-Modellierung auch für Laien durch eine Vielzahl an einfachen Werkzeugen möglich ist (bis hin zum Computerspiel Minecraft, das sich auch zur 3D-Modellierung verwenden lässt). Schritt zwei, also die computergesteuerte Produktion, fällt dagegen oft sehr schwer. Im Verdacht haben wir als maßgeblichen Faktor hierfür die Konzeption und Gestaltung der entsprechenden Soft-Hardwaresysteme, also der Steuersoftware für die 3D-Drucker und deren Berührpunkte zum 3D-Drucker an sich, sowie die Qualität ihrer kooperativen Aneignung. Diese Aspekte sollen nun erforscht werden, wofür folgende Arbeiten notwendig sind:

  1. Erstellung eines adäquaten Forschungsdesigns zur Exploration der bekanntesten Tools für den 3D-Druck (z.B. Repetier Host und Cura) und Ihrer Aneignung/Nutzung.
  2. Durchführung der in 1 geplanten Studie(n).
  3. Überführung der in der Studie gefundenen Resultate in konkrete Design-Implikationen.
  4. Überführung der Design-Implikationen in Demonstratoren / Prototypen.
  5. Evaluation der Prototypen.
  6. Experimentelle Implementierung auf Basis der Erkenntnisse.

Auch eigene, andere Ideen im Themenfeld 3D-Druck sind möglich! Bitte mit uns absprechen!

Wichtig: Es müssen natürlich nicht in einer Arbeit alle Schritte durchgeführt werden. Möglich sind z.B. Projektarbeiten, Abschlussarbeiten, Seminararbeiten, etc. und je nach Format werden die durchzuführenden Arbeiten individuell abgesprochen!
Erwartet und mit-bewertet wird selbständiges Arbeiten, insbesondere hinsichtlich Kommunikation bei Problemen, Verzögerungen, etc. – im Gegenzug wird natürlich auch adäquate Betreuung geboten. Erfahrung mit 3D-Druck ist von Vorteil, aber keine Voraussetzung (Bereitschaft zur Einarbeitung ist Thema ist dann aber erforderlich. Auch hierbei bieten wir gerne Unterstützung).

By Marios Mouratidis, ago