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Gibts schon lange...

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  1. Gibts schon lange...

    Autor: nnx 05.11.17 - 22:00

    Nennt sich LENS: Laser Engineered Near Net Shape.
    Wurde wohl von der NASA vor fast 10 Jahren entwickelt. Anstatt eine Schicht Pulver über das ganze Teil aufzutragen und dann zu schmelzen, was zu weniger dichten Bauteilen führt, wird das Metallpulver durch einen Trichter in dessen Mitte ein Laserstrahl läuft geleitet.
    Durch den Strahlendruck werden die Tröpfschen quasi an das Bauteil gehämmert, was bis zu 40% höhere Festigkeit zu Folge hat.
    Ausserdem ist es so möglich Bauteile nicht nur zu fertigen sondern auch zu reparieren.

    Quellen:
    https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_engineered_net_shaping
    http://www.sandia.gov/mst/pdf/LENS.pdf
    http://www.lortek.es/files/fab-aditiva/efesto-ik4-lortek-27th-november-2013.pdf (Werbung, aber auf Seite 10 wird der Prozess bildlich erklärt)

  2. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Patman 05.11.17 - 23:05

    Klassischer Golem-Forum running gag...

    Es gibt etliche metall 3D Druck verfahren, LENS ist eins davon. Hier geht es aber um SLM, und dass diese Technik weiterentwicklet wurde.

  3. Re: Gibts schon lange...

    Autor: nnx 06.11.17 - 03:23

    Nein, es geht darum dass es laut Artikel ein Problem gab für das erst jetzt eine Lösung gefunden wurde. Dieses Problem war aber schon lange gelöst.

  4. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Anonymer Nutzer 06.11.17 - 04:40

    Dein Verfahren ist 40% (laut deiner Aussage) Fester. Im Artikel geht es um einen Druck, der dreimal mehr aushält als herkömmlicher, gegossener Stahl.

    Zudem bringt es auch nichts, wenn Druckverfahren 2 festeres Material herstellt als Druckverfahren 1 wenn wegen irgendeteiner Eigenschaft von Druckverfahren 1 dieses für einen Anwendungsfall einfach besser geeignet ist.

  5. Re: Gibts schon lange...

    Autor: mannzi 06.11.17 - 06:18

    Ich habe deine Quellen jetzt auf die schnelle nicht durchgelesen und beziehe mich nur auf deinen Beitrag: Das Problem ist doch, dass die Bauteile eine zu hohe Festigkeit haben und sich nicht elastisch verformen lassen, also macht dein Verfahren es auch nicht besser, außer es hat zusätzlich eine höhere Elastizität. Davon schreibst du aber zumindest nicht.

    Eine Alternative Lösung wäre ja zumindest das Bauteil nach der Bearbeitung weich zu glühen und dann entsprechend zu Härten

  6. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 06.11.17 - 07:13

    Plumpe Antwort : das kann man leider alles nicht wissen. Schon bei normalen Stählen ändern sich die Eigenschaften ziemlich dramatisch, wenn man nur geringfügig die Legierungsbestandteilen variiert(etwa die Unterschiede zwischen Wasser- Öl- und Lufthärtern), und beim 3D Drucken ist nochmal alles anders, weil das Metall sich anders und nochmals komplexer zusammenfügt als beim Gießen oder Schmieden. Da wird derzeit an vielen Orten drüber geforscht, teils um überhaupt erst mal zu verstehen, was genau da in bestimmten Details vor sich geht und wie sich das einordnen und steuern lässt.

    Simulieren kann man bei solchen Dingen in aller Regel auch vergessen, weil einfach viel zu komplex. Deshalb nehme ich an, dass jene Universität die nächsten paar Monate genau in diesem Sinne mit ewig langen Versuchsreihen beschäftigt sein wird, in denen man Parameter für Parameter stückchenweise ändert, um dann jede Probe auf ihre Festigkeitseigenschaften zu testen, um dann in langen Listen genau Buch zu führen über alle Veränderungen bei welchen Parametern. Zwar ne Arbeit die im besten Fall gerade mal einen Tick spannender sein wird, als die eines Buchhalters :], aber sehr wichtig, und wenn die fertig sind, werden wir alle ein Stückchen schlauer sein :].

  7. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 06.11.17 - 10:07

    Ähm... Wir betreiben seit 1994 Laserpulverauftragschweißen und erreichen bei den aufgebauten Bereichen ähnliche Gefüge und Kennwerte wie der Grundwerkstoff. In der Branche steht man damit bei Weitem nicht allein da, die im Artikel angeführten Dinge sind verfahrenstypisch für SLM. Von daher schön, dass sich dort was verbessert, Alternativen gab es allerdings schon vorher.

  8. Re: Gibts schon lange...

    Autor: nnx 06.11.17 - 11:31

    Die 40% bezogen sich auf Bauteile aus "herkömmlichen" Herstellungsverfahren, im Artikel ging es um Turbinenblätter. Da wird nix gegossen weil die Festigkeit einfach zu gering ist und das Bauteil somit nix aushalten würde. Sieht man z.B. immer wieder wenn ein Laie nach zu vielen Spielfilmen denkt Schwerter würden gegossen werden, und sich nach einer riesigen Zeit, Material und Energieverschwendung wundert warum ihm das selbstgebaute Schwert immer wieder zerspringt.

    D.h. dieses "neue" SLM Verfahren könnte vlt. bald in die Nähe dieses schon seit 15 Jahren erfundenen LENS-Verfahren kommen. Was Festigkeit betrifft.

    Das ist natürlich super aber meiner Meinung nach keine Schlagzeile wert.

  9. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 06.11.17 - 13:10

    Natürlich werden Turbinenschaufeln gegossen, sonst würde man die ganzen Innenstrukturen gar nicht hinbekommen. Je nach Werkstoff erfordert das aber ziemliche Anstrengungen, so werden z.B. Schaufeln aus Titanaluminiden in einem aufwendigen Schleudergussverfahren hergestellt. Darüber hinaus gibt es noch weitere Möglichkeiten zur Festigkeitssteigerung wie einkristallines Gefüge.

  10. Re: Gibts schon lange...

    Autor: nnx 06.11.17 - 17:15

    Ja, und das Schleudern bringt eben die notwendige Kraft auf, so wie der Hammer beim schmieden oder die Matrix beim Strangpressen.
    Diese Kraft fehlt aber eben bei "normalem" Guss wie mit Kokillen z.B., ebenso beim normalen SLM. Beim LENS kommt die Kraft durch den Laserstrahl.

  11. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 06.11.17 - 19:26

    Abdiel schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Ähm... Wir betreiben seit 1994 Laserpulverauftragschweißen und erreichen
    > bei den aufgebauten Bereichen ähnliche Gefüge und Kennwerte wie der
    > Grundwerkstoff. In der Branche steht man damit bei Weitem nicht allein da,
    > die im Artikel angeführten Dinge sind verfahrenstypisch für SLM. Von daher
    > schön, dass sich dort was verbessert, Alternativen gab es allerdings schon
    > vorher.

    Ich bin mir da nicht sicher, ob man das so vergleichen kann, weil zwischen dem Auftragsschweißen und dem 3D Druck doch eine ziemlich mächtige Entwicklungsstrecke liegt. Klar, die Voraussetzungen sind nahezu gleich. Ein Laser bringt eine aufgelegte Pulverschicht zum schmelzen und Verbinden die mit der Unterschicht. Aber beim 3D Druck liegt der Schwerpunkt bereits weit hinter diesem Prinzip. Da geht es um die Gestaltung, man könnte sogar sagen, um den Entwurf des Gefüges wie des Oberflächenmusters, vom einzelnen Tröpfchen bis hin zur Bindung zwischen den schichten und zum Abschluss aller Schichten mit einem optimierendem Endauftrag. Weil stark von Form und Muster abhängig, wird dabei die Festigkeit immer mehr zu einer konstruktiven und auch kreativen Frage, statt zu lediglich einer Frage der geschickten Wahl von Maschinenparameter. Ich verstehe die Herausforderung nicht unähnlich der, die Parameterwelten in den Griff zu bekommen, von denen man schon bei einem klassischen Kunststoff-Filament-Druckverfahren in einem Programm wie Simplify 3D erschlagen wird.

    Wie aus dem aufmerksamen Zitat von jnv zu entnehmen, versucht es die Uni anscheinend damit, die Parameter in bisher nicht gekannter Vollständigkeit und wirklich bis ins kleinste Detail zu digitalisieren. Allein dieses Vorhaben ist davon abhängig, dass man dazu auch die nötige Rechenpower zur Verfügung hat, was in diesem Anspruch noch gar nicht so lange der Fall ist.

    All das bleibt aber noch immer nur ein Teil der Antwort. Am Ende des Tages kommt es drauf an, was genau die Uni mit der parametrischen Kontrolle über das Material, der sie sich bemächtigt hat, denn nun konkret tut, also welche Schichtenkonstruktionen im Detail die genannten Festigkeiten wie bedingen.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 06.11.17 19:43 durch Ach.

  12. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 07.11.17 - 08:52

    Genau das machen wir schon seit Jahren, nur halt für ein anderes Verfahren. Und ja, die Flut an Parametern ist erdrückend, weswegen man das halt in allerlei Forschungsprojekten zu lösen versucht. Rechenleistung ist da oftmals zweitrangig, viel wichtiger ist eine schnelle und synchrone Signalübertragung. Die heutigen Maschinen sind aus mehreren steuerbaren Komponenten (CNC, Scanner, Lasergerät) aufgebaut, die alle ihre eigene Umgebung haben. Das muss man erst einmal zusammenbringen...

  13. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 07.11.17 - 08:57

    Beim Schleuderguss verfolgt man ganz andere Ziele, als beim Schmieden. Da geht es im Wesentlichen darum materialspezifische Nachteile auszugleichen.

  14. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 07.11.17 - 12:29

    Das mit der Echtzeittauglichkeit, darüber habe ich auch schon nachgedacht. Da kommt es, wenn man es wirklich ernst meint, ja auf die Flugzeit jedes Tröpfchens an, und im Vergleich zum Kunststoff kommen bei den Metallen ja noch so einiges hinzu, allein das Verhalten bei der Abkühlung, die damit einhergehenden Spannungen, das stellenweise Aushärten usw, ich kann mir das nur vorstellen wie eine regelrechte Parameterwüste. Dabei war mir bist jetzt noch gar nicht ins Bewusstsein gedrungen, wieviel Komponenten da zusammenspielen müssen. Scanner? Ist da noch eine kleine Bilderkennung zwischengeschaltet? Wow!

    wird dann wahrscheinlich nicht so sein, dass das irgendein Lehrinstitut oder auch eine noch so große Firma allein bewältigen kann. Je intensiver und je offener da zusammengearbeitet wird, desto besser natürlich für alle in dem Bereich Tätigen.

    Davon ab ist es übrigens eine interessante Grenze, auf die man da trifft. Nicht unähnlich der Medizin- und der Batterieforschung, die ebenso unter einer Parameterüberflutung leiden. Scheint öfter vorzukommen in letzter Zeit.

  15. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 07.11.17 - 14:31

    Scanner ist die Bauform der Laseroptik. Ähnlich wie beim Showlaser, nur halt noch mit Fokussierung. Und so romantisch wie Du Dir das vorstellst, von wegen jedes Tröpfchen einzeln berechnen und erfassen zu wollen, ist es in der Realität keinesfalls. Mag sein, dass Hochschulen derlei Ziele ausgeben und zu erreichen versuchen, in Wirklichkeit wird man immer mit Modellen und Vereinfachungen arbeiten. Schließlich gilt es eine Zielstellung zu erreichen und eben nicht alles abbilden zu können.

    Aber in Zeiten des "Industrie 4.0"-Hypes nimmt man die mediale Aufmerksamkeit doch gerne mit, auch wenn solche Sachen schon beinalt sind...

  16. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 07.11.17 - 18:40

    "Scanner" im Sinn von "die Oberfläche abtasten", verstehe.

    Die Beschreibung mit dem Tröpfchen mag etwas missglückt sein. Gemeint ist, dass bei der hohen "Vorschub-"Geschwindigkeit des Lasers und in der hohen Auflösung, in der man den Schmelzvorgang kontrollieren will, die Zeitintervalle extrem Kurz werden, da der Laser bereits innerhalb einer tausendstel Sekunde eine bemerkbares Stück gewandert sein muss. Mann braucht folglich ein sehr gutes Timing. Aus dem Bereich Audiorecording lernt man aber, dass so etwa zwei bis drei Tausendstel die Verzögerungsgrenze der USB Schnittstelle handelsüblicher PCs darstellen, mit der man eingehende Audiodaten aufnehmen kann.

    Ganz allgemein zur 3d Metallurgie : du siehst also eine ca. drei mal höhere Festigkeit gegenüber dem Gießen als schon seit geraumer Zeit gegeben an?

  17. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 08.11.17 - 09:39

    > "Scanner" im Sinn von "die Oberfläche abtasten", verstehe.

    Scanner im Sinne von "den Laserstrahl auslenken".

    > Die Beschreibung mit dem Tröpfchen mag etwas missglückt sein. Gemeint ist,
    > dass bei der hohen "Vorschub-"Geschwindigkeit des Lasers und in der hohen
    > Auflösung, in der man den Schmelzvorgang kontrollieren will, die
    > Zeitintervalle extrem Kurz werden, da der Laser bereits innerhalb einer
    > tausendstel Sekunde eine bemerkbares Stück gewandert sein muss. Mann
    > braucht folglich ein sehr gutes Timing. Aus dem Bereich Audiorecording
    > lernt man aber, dass so etwa zwei bis drei Tausendstel die
    > Verzögerungsgrenze der USB Schnittstelle handelsüblicher PCs darstellen,
    > mit der man eingehende Audiodaten aufnehmen kann.

    1.) Audiorecording mit USB-Schnittstellen ist im professionellen Bereich nicht üblich.

    2.) Ein synchroner Mikrosekundentakt in der gesamten Maschine ist heute noch nicht möglich. In vielen Anwendungen fällt das auch (noch) nicht ins Gewicht, weil die entsprechenden Komponenten für sich genommen eine ausreichend hohe zeitliche Auflösung bieten. Will man allerdings den gesamten Prozess kontinuierlich und zentral kontrollieren, sieht das schon anders aus. Beim Hochrateauftragschweißen geht man technologisch gerade in Richtung von Vorschüben mit 1 Kilometer pro Sekunde und mehr.

    > Ganz allgemein zur 3d Metallurgie : du siehst also eine ca. drei mal höhere
    > Festigkeit gegenüber dem Gießen als schon seit geraumer Zeit gegeben an?

    Eine drei Mal höhere Festigkeit als bisher mit diesem Verfahren erreichbar und zwar Bruchfestigkeit. Und ja, andere, nennen wir sie mal 3D-Druckverfahren, hatten schon früher ein besseres Ergebnis.

  18. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 08.11.17 - 22:40

    1. Ja, geht über spezielle PCIe Karten. Wobei die Verzögerung, insofern ich mich richtig erinnere, immer noch über einer 1/1000stel oder knapp darunter liegt. Ist auch das große Handicap bei Verlagern von Berechnungen auf die GPU. Da muss eine entsprechende Schnittstelle, die dann besser gleich mal ramähnliche Reaktionszeiten bereit stellt, erst noch erfunden werden.

    2. Das ist ganz schön heftig. Das sind ja dann ein Meter/Tausendstell!

    >Ein synchroner Mikrosekundentakt in der gesamten Maschine ist heute noch nicht möglich. In vielen Anwendungen fällt das auch (noch) nicht ins Gewicht, weil die entsprechenden Komponenten für sich genommen eine ausreichend hohe zeitliche Auflösung bieten. Will man allerdings den gesamten Prozess kontinuierlich und zentral kontrollieren, sieht das schon anders aus.

    Ich glaube, dass es auf lange Sicht aber genau dort hin gehen muss und noch viel weiter. Am Ende des Tages ist es dann in aller Regel so, dass Jeder Verfeinerungsschritt in der Auflösung Erkenntnisse mit sich bringt und Möglichkeiten eröffnet, von denen man viele vorher nur erahnen konnte oder gar nicht mit denen rechnete.

    >Eine drei Mal höhere Festigkeit als bisher mit diesem Verfahren erreichbar und zwar Bruchfestigkeit.

    Auch das ist nicht nur überraschend sondern auch äußerst spannend, danke für die Info, ist gespeichert!

    > Und ja, andere, nennen wir sie mal 3D-Druckverfahren, hatten schon früher ein besseres Ergebnis.

    Also das Konzept des 3d Druckens beinhaltet für mich in jedem Fall, dass dabei egal wie, aber ein eigenständiges und unabhängiges Werkstück hinten herauskommen muss, sonst ist es irgendwie Unvollständig. Auftragsschweißen bleibt da für mich immer eine Ergänzung oder im besten Fall stellt es ein Vorstadium des 3D Drucks dar. Wichtig ist auch, dass man den Job nicht erst via der Programmierung von Schweißbahnen an der Maschine löst, oder durch ein händische Anlernen der Fahrwege wie bei den Schweiß- und Lackierrobotern im Automobilbau und anderen Roboterarmen, sondern dass man analog dem klassischen 2d Druck fertige Dateien in Auftrag gibt. Ok, und ich will nichts absolut setzen, das ist jetzt einfach mein Verständnis des Ganzen. Und am Ende des Tages hoffe ich auch, dass man früher oder später selbst als Privatperson Metallgegenstände auf bezahlbare Weise in Auftrag geben kann, weil das in der Natur dieser Technik steckt.

  19. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Abdiel 09.11.17 - 15:43

    Was die Audio-Sparte betrifft, muss ich mich teilweise revidieren... Mein Maßstab für professionelles Equipment, RME, bietet doch schon seit geraumer auch USB-Lösungen an. Hatte ich nach deren früheren Aussagen zu diesem Thema eigentlich ausgeschlossen.

    > Ich glaube, dass es auf lange Sicht aber genau dort hin gehen muss und noch
    > viel weiter. Am Ende des Tages ist es dann in aller Regel so, dass Jeder
    > Verfeinerungsschritt in der Auflösung Erkenntnisse mit sich bringt und
    > Möglichkeiten eröffnet, von denen man viele vorher nur erahnen konnte oder
    > gar nicht mit denen rechnete.

    Zuerst einmal bieten sich mehr Möglichkeiten zum Scheitern. Ohne Vereinfachung ist aber selbst eine Modellierung fast unmöglich. Die Praxis zeigt, dass wir noch einen langen Weg vor uns haben.

    > Also das Konzept des 3d Druckens beinhaltet für mich in jedem Fall, dass
    > dabei egal wie, aber ein eigenständiges und unabhängiges Werkstück hinten
    > herauskommen muss, sonst ist es irgendwie Unvollständig. Auftragsschweißen
    > bleibt da für mich immer eine Ergänzung oder im besten Fall stellt es ein
    > Vorstadium des 3D Drucks dar.

    Laserauftragschweißen mit Draht oder Pulver, SLM, SLS, FDM und dergleichen sind allesamt additive Verfahren. Ob und zu welchem Zweck diese Verfahren eingesetzt werden, ist erst einmal sekundär. 3D-Druck ist gemeinhin das Aufbauen räumlicher Strukturen mittels additiver Verfahren, vollkommen unabhängig davon, ob ein Grundsubstrat vorliegt oder nicht. Die Begrifflichkeiten sind da aber nicht eindeutig...

  20. Re: Gibts schon lange...

    Autor: Ach 10.11.17 - 11:51

    >Was die Audio-Sparte betrifft, muss ich mich teilweise revidieren... Mein Maßstab für professionelles Equipment, RME, bietet doch schon seit geraumer auch USB-Lösungen an. Hatte ich nach deren früheren Aussagen zu diesem Thema eigentlich ausgeschlossen.

    USB hat sich in den letzten Jahren sehr verbessert, am Ende des Tages hilft das aber auch nicht weiter, denn ab USB oder der PCIe Bus, bei verfehlen die Möglichkeit den Vorschub eines schnellen 3D Lasers fein aufzulösen um zwei bis drei Größenordnungen. Wenn man aber nochmal auf den Ram zurück kommt : Warum nicht den Ram als Schnittstelle Nutzen? Intel z.B. "missbrauchen" ebenfalls die Speicherbus, indem sie Rammodule mit ihrem neuen Xpoint Speicher ergänzen, um diesen dann mit speziellen Treiben über das OS anzusprechen. Es soll auch nur als Beispiel dienen, jedenfalls erhält man mit DDR4 Ram eine Latenz von ca. 15ns. Eine Schweißbahn, die sich mit 1000m/s fortbewegt, lässt sich somit in Abschnitte von 15mm auflösen. Reduziert man den Vorschub auf 66m/s ergibt sich schon eine Vorschubauflösung von nur 1mm, usw..

    >Zuerst einmal bieten sich mehr Möglichkeiten zum Scheitern.

    Ich würde das so beschreiben, dass man vom Anbeginn des Laserschweißens bis zum heutigen Tag bei allen jemals unternommen Versuchen an dieser Auflösung gescheitert ist. Schlimmer als es um das Vorhaben zum heutigen Zeitpunkt steht, kann also es gar nicht mehr kommen, sprich: Egal was man in diese Richtung unternimmt, stellt das eine Verbesserung dar.

    >Laserauftragschweißen mit Draht oder Pulver, SLM, SLS, FDM und dergleichen sind allesamt additive Verfahren. Ob und zu welchem Zweck diese Verfahren eingesetzt werden, ist erst einmal sekundär. 3D-Druck ist gemeinhin das Aufbauen räumlicher Strukturen mittels additiver Verfahren, vollkommen unabhängig davon, ob ein Grundsubstrat vorliegt oder nicht. Die Begrifflichkeiten sind da aber nicht eindeutig...

    Additiv ist schon klar. Aber selbst das klassische Elektrodenschweißen von Hand fällt in diese Kategorie. Es muss also etwas anderes sein als nur das Bearbeitungsprinzip, durch das sich das 3D Drucken definiert. Als vergleichenden Ansatz könnte man sich auch mal das Fräsen vor Augen führen. In meinem Verständnis müssten die Unterschied zwischen den klassischen additiven Bearbeitungsverfahren und zwischen dem 3D Drucken, einigermaßen analog zu den Eigenschaften sein, die etwa das CNC-Fräsen vom klassischen Fräsen unterscheiden.

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