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Steuerungsalgorithmus zur Laserbearbeitung von Zahnersatz

Weber, Thomas :
Steuerungsalgorithmus zur Laserbearbeitung von Zahnersatz.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2002)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Das Ergebnis dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines zeitoptimierten Steuerungsalgorithmus, mit dem durch eine Laserbearbeitung Zahnersatz aus einer hochharten Keramik hergestellt werden kann. Die Geometrie des Zahnersatzes wird in Form von CAD-Daten an den Algorithmus übergeben, der eine Positionierung des Werkstücks in dem Rohmaterial (Abb. I) vornimmt und einen zeitoptimalen Bearbeitungsvorgang festlegt. Dabei wird durch einen zweigeteilten Prozess die Bearbeitungszeit gegenüber einem reinen Abtrag (Ablation) des zu entfernenden Materials reduziert. In der ersten Phase erfolgt ein Abtrennen von Körpern, in der zweiten Phase dann ein Glätten der Oberfläche durch eine flächige Ablation des Materials. Zur Entwicklung des Algorithmus beginnt die Arbeit mit einer Analyse der Randbedingungen bzw. Einschränkungen der Bearbeitung. Unter diesen Gesichtspunkten werden optimale Schnittkörper und deren Kombinationen für verschiedene Anforderungen ermittelt. Darauf aufbauend erfolgt die Entwicklung zweier verschiedener Abtragsverfahren unter Verwendung von Quadern bzw. Keilen. Die Strategie für die Bestimmung der optimalen Schnittführung des Lasers basiert auf einem heuristischen Ansatz, da eine analytische Lösung den Rahmen dieser Arbeit übersteigt. Unter anderem werden die Chancen und Grenzen der Formulierung eines mathematischen Optimierungsproblems diskutiert. Weitere Bestandteile des Algorithmus sind die optimale Positionierung des Zahnersatzes im Rohmaterial unter den Gesichtspunkten der zeitminimalen Materialbearbeitung und das Entfernen der Schnittkörper. Zur Beurteilung der Effizienz wird die Bearbeitungszeit an einem Beispiel abgeschätzt. Dabei wird eine Reduzierung der Bearbeitungszeit mit dem Algorithmus gegenüber einer reinen Ablation um den Faktor 5 erzielt, d.h. die Fertigungszeit sinkt von ca. 31 Stunden auf ca. 6 Stunden. Dies entspricht ca. der Bearbeitungszeit, die zum Fräsen notwendig ist. Unter Berücksichtigung der materialschonenden Bearbeitung durch den Laser wird mit diesem ein deutlicher Vorsprung gegenüber dem Fräsen erzielt. Das Resultat dieser Arbeit ist ein vollständiger Steuerungsalgorithmus, der nicht nur für die Fertigung von Zahnersatz geeignet ist, sondern beliebige Geometrien beherrscht. Die Dokumentation einer umfassenden Recherche dieser Arbeit zeigt, dass auch andere Disziplinen, wie z.B. die Mikro- und Feinwerktechnik und das Steinmetzhandwerk, von dem entwickelten Algorithmus profitieren können. Das Ergebnis der Arbeit wurde in Form einer Patentvoranmeldung beim Deutschen Patentamt zum Schutz eingereicht.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2002
Autor(en): Weber, Thomas
Titel: Steuerungsalgorithmus zur Laserbearbeitung von Zahnersatz
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Das Ergebnis dieser Diplomarbeit ist die Entwicklung eines zeitoptimierten Steuerungsalgorithmus, mit dem durch eine Laserbearbeitung Zahnersatz aus einer hochharten Keramik hergestellt werden kann. Die Geometrie des Zahnersatzes wird in Form von CAD-Daten an den Algorithmus übergeben, der eine Positionierung des Werkstücks in dem Rohmaterial (Abb. I) vornimmt und einen zeitoptimalen Bearbeitungsvorgang festlegt. Dabei wird durch einen zweigeteilten Prozess die Bearbeitungszeit gegenüber einem reinen Abtrag (Ablation) des zu entfernenden Materials reduziert. In der ersten Phase erfolgt ein Abtrennen von Körpern, in der zweiten Phase dann ein Glätten der Oberfläche durch eine flächige Ablation des Materials. Zur Entwicklung des Algorithmus beginnt die Arbeit mit einer Analyse der Randbedingungen bzw. Einschränkungen der Bearbeitung. Unter diesen Gesichtspunkten werden optimale Schnittkörper und deren Kombinationen für verschiedene Anforderungen ermittelt. Darauf aufbauend erfolgt die Entwicklung zweier verschiedener Abtragsverfahren unter Verwendung von Quadern bzw. Keilen. Die Strategie für die Bestimmung der optimalen Schnittführung des Lasers basiert auf einem heuristischen Ansatz, da eine analytische Lösung den Rahmen dieser Arbeit übersteigt. Unter anderem werden die Chancen und Grenzen der Formulierung eines mathematischen Optimierungsproblems diskutiert. Weitere Bestandteile des Algorithmus sind die optimale Positionierung des Zahnersatzes im Rohmaterial unter den Gesichtspunkten der zeitminimalen Materialbearbeitung und das Entfernen der Schnittkörper. Zur Beurteilung der Effizienz wird die Bearbeitungszeit an einem Beispiel abgeschätzt. Dabei wird eine Reduzierung der Bearbeitungszeit mit dem Algorithmus gegenüber einer reinen Ablation um den Faktor 5 erzielt, d.h. die Fertigungszeit sinkt von ca. 31 Stunden auf ca. 6 Stunden. Dies entspricht ca. der Bearbeitungszeit, die zum Fräsen notwendig ist. Unter Berücksichtigung der materialschonenden Bearbeitung durch den Laser wird mit diesem ein deutlicher Vorsprung gegenüber dem Fräsen erzielt. Das Resultat dieser Arbeit ist ein vollständiger Steuerungsalgorithmus, der nicht nur für die Fertigung von Zahnersatz geeignet ist, sondern beliebige Geometrien beherrscht. Die Dokumentation einer umfassenden Recherche dieser Arbeit zeigt, dass auch andere Disziplinen, wie z.B. die Mikro- und Feinwerktechnik und das Steinmetzhandwerk, von dem entwickelten Algorithmus profitieren können. Das Ergebnis der Arbeit wurde in Form einer Patentvoranmeldung beim Deutschen Patentamt zum Schutz eingereicht.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Abtragsverfahren, Laserstrahl-Bearbeitung, Optimierung Bearbeitungszeit, Optimierung Schnittführung, Zahnersatzbearbeitung
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:04
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1499

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 26-11-2001

Ende Datum: 08-03-2002

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (EMK)

Abschluss: Diplom (EMK)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1499
Gutachter / Prüfer: Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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