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DER KONSTRUKTEUR 5/2019

DER KONSTRUKTEUR 5/2019

SMARTE KOMPONENTEN

SMARTE KOMPONENTEN MATERIAL DIGITAL Nicht nur Bauteile werden smart, sondern auch Materialien erhalten digitale Zwillinge. An der Digitalisierung von Werkstoffen forscht und arbeitet das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg. Darüber sprachen wir mit dem stellvertretenden Institutsleiter Prof. Dr. Chris Eberl. Herr Prof. Eberl, wie können Materialien digitalisiert werden? Für uns ist ein Werkstoff keine Black Box sondern ein System, das seine innere Struktur und damit seine Eigenschaften in der Fertigung und im Einsatz verändert. Das wirkt sich natürlich auf die Leistungsfähigkeit des Produkts aus, dessen Funktion der Werkstoff ermöglicht. Man denke ans Schweißen, wo ganze Materialumwandlungen stattfinden oder an Umformprozesse, wo kristalline Veränderungen die Festigkeit beeinflussen. Mit der Digitalisierung verfolgen wir das Ziel, die Veränderung der Werkstoffeigenschaften während des gesamten Bauteilentstehungsprozesses und während des Betriebs nachvollziehen und beschreiben zu können. Und hier kommt die Digitalisierung ins Spiel, denn die gesamten Informationen sollen an jeder Stelle im Produktlebenszyklus verfügbar sein. Was ist hier das Ziel? Auf Basis von digitalen Abbildern, die den realen Werkstoff bzw. das Bauteil begleiten, können wir Schwachstellen in der Entwicklungs- und Herstellungskette und während des Einsatzes ermitteln und beseitigen. Dieses Konzept ist aktueller denn je. Es wird schon teilweise im Flugzeugbau erfolgreich eingesetzt. Wenn Materialinformationen als Steuerungsgröße für die Produktion genutzt werden, können die Fertigungsausbeute gesteigert und die erzielbaren Produkteigenschaften besser eingegrenzt werden. Die Qualität vorausschauender Wartung und Inspektion, der sogenannten Advanced Predictive Maintenance kann auf einer neuen Grundlage stattfinden. Wie kann ich mir einen digitalen Materialzwilling vorstellen? Der digitale Materialzwilling ist das virtuelle Abbild eines Materials und beschreibt dessen aktuellen Zustand. Er verändert sich natür- SPECIAL WORKSHOP Für Kurzentschlossene: Die Veranstaltung MaterialDigital- 2019 am 14. und 15. Mai 2019 in Freiburg bietet die Möglichkeit zum übergreifenden Austausch über digitalisierte Problemlösungsmethoden und -ansätze um Netzwerke zu schaffen, Potenziale zu erschließen und das Thema Digitalisierung in der Werkstofftechnik zu fördern. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer arbeiten an Themen wie künstlicher Intelligenz, digitalen Repräsentationen, Datenplattformen, Datenformaten oder Hochdurchsatz- Methoden um damit digitale Workflows, Materialdatenflüsse und mehr Materialintelligenz in Produkten und Prozessen zu schaffen. http://bit.ly/MaterialDigital2019

zw. Makrostruktur, Belastungen und Temperaturverteilungen sowie lokale Material eigenschaften. Die Informationen können von Sensoren in Echtzeit kommen, aus Versuchsdaten, Simulationsrechnungen oder maschinellem Lernen. D. h. die Digitalisierung macht einen Werkstoff sprechfähig, indem seine innere Struktur und deren Veränderung modellhaft beschrieben werden. lich im Zeitablauf und ist lückenbehaftet. Werkstoffmodelle und maschinelles Lernen helfen, die Lücken zu schließen und Ursache-Wirkungszusammenhänge herzustellen. Der Idealzustand ist, ein komplettes Modell mit allen relevanten Informationen zu bekommen. Diese Informationen und damit die gesamte Entwicklungsgeschichte und auch die Vorhersagen, die getroffen werden, werden in einem übergeordneten Datenraum verwaltet. Dieser ist so aufgebaut, dass jederzeit gezielte Abfragen und Analysen möglich sind. Ist der Materialzwilling Teil des digitalen Zwillings eines Produkts? Ja. Dabei steigert der Materialzwilling den Wert des Produktzwillings. Denn durch die Integration des Materials und seines Verhaltens in den Produktzwilling gelingt eine wesentlich realistischere Nachvollziehbarkeit und Vorhersage des Bauteilverhaltens. Was wir dazu benötigen, sind Zustandsinformationen wie die Mikro- DURCH DIGITALE WORKFLOWS UND DATEN KOMPATIBILITÄT WIRD EINE VIEL ENGERE VERKNÜPFUNG ZWISCHEN MATERIALENTWICKLUNG UND PRODUKTENTWICKLUNG MÖGLICH Welche Vorteile können Konstrukteure daraus ziehen? Die digitale Repräsentation erlaubt Konstrukteuren und Produktentwicklern, das Design von Materialien einzubeziehen und ganze Lebenszyklen von Produkten und Bauteilen im Zeitraffer darzustellen. Durch digitale Workflows und Datenkompatibilität wird eine viel engere Verknüpfung zwischen Materialentwicklung und Produktentwicklung möglich. Mit dem digitalen Abbild werden Freigabeprozesse in der Produktion unterstützt. Durch die digitalen Zwillinge kann Produktentwicklung stärker parallelisiert werden, indem Konstrukteure, Produktionsplaner und Prozesstechnologen gleichzeitig an neuen Produkten oder Varianten arbeiten und damit die Time-to-Market verkürzen. Es mag pathetisch klingen, aber die Verfügbarkeit von Materialinformationen befördert auch einen Kulturwandel in der ressortübergreifenden Zusammenarbeit. www.iwm.fraunhofer.de Das Interview führte Martina Klein Kann ich meine Linearführung einfach smart machen? drylin ® W smartes Austauschlager austauschen Linearführung smart gemacht In Gleitfolien integriertes Leitermaterial misst, wann das Element getauscht werden muss. Gleitelemente einfach ohne Demontage des ganzen Systems direkt auf der Welle wechseln. igus.de/drylinsmart igus ® GmbH Tel. 02203-9649-145 info@igus.de motion plastics ® ... for longer life Besuchen Sie uns: LIGNA, Hannover – Halle 16 Stand D 06 / Stage|Set|Scenery, Berlin – Halle 21 Stand 112 igus-MH.indd 1 23.04.2019 14:45:23 DER KONSTRUKTEUR 5/2019 39

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