Reverse Engineering in der Produktentwicklung – Aktuelle Herausforderungen

Aus der Einleitung: "Im Modell und Formenbau des Maschinenbaus beschreibt Reverse Engineering den Prozess der 3D-Erfassung eines Objektes, die Aufbereitung der Digitalisierungsdaten zu CAD-Modellen und die weitere Nutzung dieser Daten in einer CAD/CAM-Umgebung. Ziel dieser Arbeiten ist es dann weiterführend, physische Objekte durch CNC-Fräsen oder mittels Generativer Fertigungsverfahren herzustellen. Die Maßkontrolle der gefertigten Produkte gegenüber dem CAD ist ebenfalls eine Aufgabestellung des Reverse Engineering (Schöne 2009, Wang 2011).

CAE Methoden in der Einarbeitungsphase der Blechumformung

Aus der Einleitung: "Um Kosten in der Produktentwicklung weiter zu minimieren und gleichzeitig die Qualität der zu fertigenden Produkte zu gewährleisten, nehmen virtuelle Methoden in der Produktentwicklung einen immer größeren Stellenwert ein (Stelzer & Eigner, 2009). An die Maßhaltigkeit von umgeformten Blechteilen werden ständig höhere Anforderungen gestellt. Die Ursachen für Maßabweichungen an gefertigten Blechteilen resultieren maßgeblich aus den Berechnungsmodellen, die das System Werkzeug-Blechteil-Umformmaschine bisher in der Virtuellen Produktentwicklung noch nicht vollständig und exakt abbilden können. Mehrere Zyklen händischer Änderungen an den Umformwerkzeugen sind heute noch die Regel. Dieser Prozess wird bei der Blechumformung als Einarbeitungsphase bezeichnet und wird von Spezialisten des Werkzeugbaus unter Nutzung von unscharfem Erfahrungswissen durchgeführt. Der Zyklus der manuellen Einarbeitungsphase im Bereich des Werkzeugbaus steht den wirtschaftlichen Forderungen zum schnelleren Serienanlauf und zur Kostensenkung entgegen. Hier kann die Verkürzung des Einarbeitungsprozesses dienlich sein.

Aspekte der Authentizität bei der Umsetzung eines künstlerischen Entwurfs mit 3D-Software-Werkzeugen

Friedrich Press war ein namhafter Bildhauer und Gestalter, der bis zu seinem Tod 1990 in etwa 40 überwiegend ostdeutschen Kirchen Werke geschaffen hat. Ein umfangreiches, von Press maßgeblich bestimmtes Projekt ist die 1970 begonnene Neugestaltung der Kirche Sankt Josef in Dresden. Der Entwurf des Künstlers umfasst auch ein Relief für die Brüstung der Orgelempore, dessen Herstellung durch die Kirchgemeinde seit 2013 diskutiert und etwa 2014-2018 realisiert wurde. Da Friedrich Press 1990 verstorben ist, war eine unmittelbare Mitwirkung bei der Realisierung nicht möglich. Authentizität bedeutet Echtheit im Sinne von „als Original befunden“ (wikipedia 2019). Authentizität ist keine objektive Kategorie, sondern von der Wahrnehmung und Interpretation der Rezipienten geprägt. In der bildenden Kunst ist die Authentizität eines Werkes unbestritten, wenn der Künstler das Werk eigenhändig schafft. Dies trifft für Maler, Bildhauer oder Grafiker zu-mindest weitgehend zu, die nur unwesentlich auf Fähigkeiten und Mitwirkung anderer Menschen zurückgreifen müssen, um ihre Ideen in Werke umzusetzen. Anders ist die Situation in der Baukunst oder in der Produktgestaltung, wo der Architekt oder Designer seinen Entwurf nicht selbst handwerklich umsetzen kann. Die Arbeitsteilung bewirkt zwangsweise Abweichungen von der ursprünglichen Gestaltungsidee. Meist wird man entsprechende Werke dennoch dem entwerfenden Gestalter zuschreiben und insofern das Werk als authentische Umsetzung einer Entwurfsidee beurteilen. Eine Skulptur wird unter verschiedenen Aspekten wahrgenommen. Neben der Gesamtform und der Komposition der Bestandteile, die aus dem Entwurf klar hervorgehen, bestimmen auch Material, Farbe, Textur und Einordnung in den räumlichen Kontext die Wahrnehmung der Skulptur. Diese Merkmale sind durch den Entwurf oft weniger dokumentiert und entstehen erst im Prozess der Umsetzung. Es ist davon auszugehen, dass eine vollständig authentische Umsetzung der künstlerischen Intentionen nicht möglich ist [...] Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Realisierung des von Friedrich Press entworfenen Reliefs an der Orgelempore und der Frage, inwieweit das Ergebnis als authentisches Werk des Künstlers gesehen werden kann. [... aus der Fragestellung

NC-gestützte Fertigung von Bohrschablonen für die dentale Implantation

Einleitung Bei Zahnverlust ist das Setzen eines Implantates eine gängige und etablierte Behandlungsmethode. Zahnimplantate bieten für den Patienten viele Vorteile. Im Vergleich zum Einsatz einer klassischen Brücke müssen keine Nachbarzähne beschliffen werden. Gesunde Zahnsubstanz bleibt erhalten. Der künstliche Zahn sitzt fest und sicher im Kiefer und bietet Schutz vor Knochenverlust. Ein Implantat leitet die beim Kauen entstehenden Kräfte gleichmäßig in den Kieferknochen. Ein weiterer Vorteil ist die Sicherstellung der natürlichen Funktionen wie Kauen, Sprechen oder Lachen. Somit trägt implantatgetragener Zahnersatz erheblich zur Verbesserung der Lebensqualität bei. Zur Planung des chirurgischen Eingriffs und dem eigentlichen Setzen des Implantates sind die Zahnärzte und Zahntechniker auf Softwarelösungen angewiesen, welche nicht nur die Möglichkeit der Befundung, Analyse und Diagnostik bieten, sondern gleichermaßen die Informationen liefern, die erforderlich sind, um mit Hilfe eines Computers die Fertigung einer Bohrschablone zu planen (CAM-System) und mittels CNC-Fertigung herzustellen

Design und additive Fertigung von individualisierten biofunktionellen Implantaten in klinisch relevanten Dimensionen

Neue Technologien der additiven Fertigung läuten auch im Bereich der Medizin, Medizintechnik und der biomedizinischen Forschung eine neue Ära ein: Über verschiedene Fertigungsverfahren wie lithographische Techniken oder Laser-Sintering ist es bereits jetzt möglich, aus biokompatiblen Materialien entsprechend eines spezifischen Designs und ohne zusätzlich nötige Fertigungsmasken dreidimensionale Implantate in anatomischer oder patienten-individueller Geometrie herzustellen. Großes Potential ergibt sich daraus beispielsweise für Lösungen zu orthopädischen Fragestellungen: Hierzu gehören u.a. die potentielle Korrektur von Fehlbildungen im mund-, kiefer- und gesichtschirurgischen Bereich, der Ersatz größerer Knochendefekte sowie der Ausgleich von kleineren Gelenkdefekten. Letztere beschreiben die Anwendung am Gelenkknorpel-Knochen-Übergang, um Eingriffen zur Implantation einer Totalendoprothese zu entgehen oder diese ggf. hinauszuzögern. Aus diesem Grund finden für entsprechende zukünftige, klinische Konzepte, sowie in den entsprechenden Forschungsbereichen unterschiedlichste Fertigungsmethoden Anwendung. Die additive Fertigung hat nicht nur das Design und die aufbauende Fabrikation von patientenindividuellen Titanimplantaten (Gander et al. 2015) durch Spritzgussverfahren revolutioniert, sondern auch den schnellen Aufbau von Strukturen aus thermoplastischen Polymeren (Probst et al. 2010) und weicheren Materialien durch extrusionsbasierte Techniken ermöglicht. Diese über Rapid Prototyping erhaltenen, individuellen Objekte können im Vergleich zu konventionellen Verfahren sehr schnell und ohne Materialausschuss auch in Kleinserien und Einzelanfertigungen individuell gefertigt werden. Die essentielle Aufgabe für den klinischen Einsatz liegt hier in der Herstellung patientenindividueller Implantate. Allerdings sind die Technologien ebenso hinsichtlich spezifischer Gewebemodelle für forschungsrelevante Fragestellungen, die mittel- bis langfristig zu Erfolgen für die biomedizinische Patientenversorgung beitragen können, von großer Bedeutung. Um hierbei eine Lücke zwischen den individualisierten, bezüglich ihrer äußeren Geometrie spezifisch designten Implantaten und einer intrinsischen Funktionalität zu schaffen, greift die biomedizinische Forschung auf die Kombination von Ansätzen aus dem Tissue Engineering (Langer & Vacanti, 1993) und den Vorteilen der additiven Fertigung sowie der damit verbundenen Konstruktion von anatomischen Geometrien zurück. Das Forschungsfeld und die Methoden der sog. Biofabrikation (Groll et al. 2016; Moroni et al. 2018) bringen die Vorteile und Konzepte dieser doch unterschiedlichen Wissenschaftsfelder zusammen, indem sie biologische Komponenten in den Fabrikationsprozess einbeziehen. [... aus der Einleitung

Contour identical implants to bridge mandibular continuity defects - individually generated by LaserCUSING® - A feasibility study in animal cadavers

Background Ablative tumor surgery often results in continuity defects of the mandible. When an immediate reconstruction using autologous bone grafts is not possible the bridging of the defects with a variety of bridging plates might be achieved. However, those bridging plates have the risk of plate fractures or exposure. Customized titanium implants manufactured using CAD/CAM and the LaserCUSING® technique might be an alternative. Methods In the present study, computed tomographies (CT) of porcine cadaver mandibles were generated and transferred into DICOM data. Following, different continuity defects were surgically created in the mandibles. Based on the DICOM data customized titanium implants were manufactured using CAD/CAM procedures and the LaserCUSING® technique. The implants were fixed to the remaining stumps with screws. Subsequently, the accuracy of the reconstructed mandibles was tested using plaster casts. Results The workflow from the CT to the application of the customized implants was proved to be practicable. Furthermore, a stable fixation of the customized implant to the remaining stumps could be achieved. The control of the accuracy showed no frictions or obstacles. Conclusion The customized titanium implant seems to be a promising approach to bridge continuity defects of the mandible whenever an immediate reconstruction with autologous bone is not possible

Experimental diagenesis: insights into aragonite to calcite transformation of Arctica islandica shells by hydrothermal treatment

Biomineralised hard parts form the most important physical fossil record of past environmental conditions. However, living organisms are not in thermodynamic equilibrium with their environment and create local chemical compartments within their bodies where physiologic processes such as biomineralisation take place. In generating their mineralised hard parts, most marine invertebrates produce metastable aragonite rather than the stable polymorph of CaCO3, calcite. After death of the organism the physiological conditions, which were present during biomineralisation, are not sustained any further and the system moves toward inorganic equilibrium with the surrounding inorganic geological system. Thus, during diagenesis the original biogenic structure of aragonitic tissue disappears and is replaced by inorganic structural features. In order to understand the diagenetic replacement of biogenic aragonite to non-biogenic calcite, we subjected Arctica islandica mollusc shells to hydrothermal alteration experiments. Experimental conditions were between 100 and 175 °C, with the main focus on 100 and 175 °C, reaction durations between 1 and 84 days, and alteration fluids simulating meteoric and burial waters, respectively. Detailed microstructural and geochemical data were collected for samples altered at 100 °C (and at 0.1 MPa pressure) for 28 days and for samples altered at 175 °C (and at 0.9 MPa pressure) for 7 and 84 days. During hydrothermal alteration at 100 °C for 28 days most but not the entire biopolymer matrix was destroyed, while shell aragonite and its characteristic microstructure was largely preserved. In all experiments up to 174 °C, there are no signs of a replacement reaction of shell aragonite to calcite in X-ray diffraction bulk analysis. At 175 °C the replacement reaction started after a dormant time of 4 days, and the original shell microstructure was almost completely overprinted by the aragonite to calcite replacement reaction after 10 days. Newly formed calcite nucleated at locations which were in contact with the fluid, at the shell surface, in the open pore system, and along growth lines. In the experiments with fluids simulating meteoric water, calcite crystals reached sizes up to 200 µm, while in the experiments with Mg-containing fluids the calcite crystals reached sizes up to 1 mm after 7 days of alteration. Aragonite is metastable at all applied conditions. Only a small bulk thermodynamic driving force exists for the transition to calcite. We attribute the sluggish replacement reaction to the inhibition of calcite nucleation in the temperature window from ca. 50 to ca. 170 °C or, additionally, to the presence of magnesium. Correspondingly, in Mg2+-bearing solutions the newly formed calcite crystals are larger than in Mg2+-free solutions. Overall, the aragonite–calcite transition occurs via an interface-coupled dissolution–reprecipitation mechanism, which preserves morphologies down to the sub-micrometre scale and induces porosity in the newly formed phase. The absence of aragonite replacement by calcite at temperatures lower than 175 °C contributes to explaining why aragonitic or bimineralic shells and skeletons have a good potential of preservation and a complete fossil record

Allele-Level KIR Genotyping of More Than a Million Samples: Workflow, Algorithm, and Observations

The killer-cell immunoglobulin-like receptor (KIR) genes regulate natural killer cell activity, influencing predisposition to immune mediated disease, and affecting hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) outcome. Owing to the complexity of the KIR locus, with extensive gene copy number variation (CNV) and allelic diversity, high-resolution characterization of KIR has so far been applied only to relatively small cohorts. Here, we present a comprehensive high-throughput KIR genotyping approach based on next generation sequencing. Through PCR amplification of specific exons, our approach delivers both copy numbers of the individual genes and allelic information for every KIR gene. Ten-fold replicate analysis of a set of 190 samples revealed a precision of 99.9%. Genotyping of an independent set of 360 samples resulted in an accuracy of more than 99% taking into account consistent copy number prediction. We applied the workflow to genotype 1.8 million stem cell donor registry samples. We report on the observed KIR allele diversity and relative abundance of alleles based on a subset of more than 300,000 samples. Furthermore, we identified more than 2,000 previously unreported KIR variants repeatedly in independent samples, underscoring the large diversity of the KIR region that awaits discovery. This cost-efficient high-resolution KIR genotyping approach is now applied to samples of volunteers registering as potential donors for HSCT. This will facilitate the utilization of KIR as additional selection criterion to improve unrelated donor stem cell transplantation outcome. In addition, the approach may serve studies requiring high-resolution KIR genotyping, like population genetics and disease association studies

School-based mental health promotion in children and adolescents with StresSOS using online or face-to-face interventions: study protocol for a randomized controlled trial within the ProHEAD Consortium

Abstract Background Schools are an ideal setting in which to promote health. However, empirical data on the effectiveness of school-based mental health promotion programs are rare, and research on universal Internet-based prevention in schools is almost non-existent. Following the life skills approach, stress management training is an important component of health promotion. Mental health literacy is also associated with mental health status, and it facilitates formal help-seeking by children and adolescents (C&A). The main objectives of this study are (1) the development and evaluation of an Internet-based version of a universal school-based health promotion program called StresSOS and (2) demonstrating non-inferiority of the online setting compared to the face-to-face setting. StresSOS aims to improve stress management and mental health literacy in C&A. Methods/design A school-based sample of 15,000 C&A (grades 6–13 and older than 12 years) will be recruited in five regions of Germany within the ProHEAD Consortium. Those with a screening result at baseline indicating no mental health problems will be invited to participate in a randomized controlled trial comparing StresSOS online to an active online control condition (Study A). In addition, 420 adolescents recruited as a separate school-based sample will participate in the StresSOS face-to-face intervention. Participants in both intervention groups (online or face-to-face) will receive the same eight treatment modules to allow for the comparison of both methods of delivery (Study B). The primary outcome is the number of C&A with symptoms of mental health problems at a 12 months follow-up. Secondary outcomes are related to stress/coping (i.e., knowledge, symptoms of stress, coping resources), mental health literacy (knowledge and attitudes toward mental disorders and help-seeking), program usage patterns, cost-effectiveness, and acceptability of the intervention. Discussion This study represents the first adequately powered non-inferiority trial in the area of school-based mental health promotion. If online StresSOS proves efficacious and non-inferior to face-to-face delivery, this offers great potential for health promotion in youths, both in and outside the school environment. Trial registration German Clinical Trials Register, DRKS00014693 . Registered on 14 May 2018