Das volle Potenzial der Materialien

Simulation bietet Herstellern die Möglichkeit, sämtliche Arbeitsprozesse digital abzubilden und so die für physikalische Prozesse erforderlichen Ressourcen einzusparen. Simulationssoftwarelösungen liefern virtuelle Prototypen und können folglich den Bedar

Während Hersteller immer darauf bedacht sind, Effizienz zu steigern, wächst gleichzeitig der Druck, zu nachhaltigeren Produktionsmethoden überzugehen. In der Automobil- und Luftfahrtindustrie werden jedes Jahr enorme Mengen wertvoller Materialien verschwendet, weil die Produktdesigns zwar technisch raffiniert, die Herstellungsprozesse dafür jedoch ineffizient sind. Daher sind Hersteller gezwungen, Energieeffizienz möglichst zu steigern und den Rohstoffeinsatz zu minimieren.

Alle Simulationsdisziplinen

Integrated Computational Materials Engineering (ICME) ist eine Lösung, die sich über alle Simulationsdisziplinen erstreckt und bei der Bewältigung der technischen Herausforderungen einen Schritt weiter geht. Sie verwischt die Grenzen zwischen Werkstofftechnik, Konstruktion und Fertigungsprozessen und optimiert Komponenten durch die Integration von Fertigungstechnik-, Werkstoff- sowie Leistungsprognosen. Hersteller, die ICME beim Produktdesign anwenden, profitieren von Vorteilen wie Nachhaltigkeit, Entwicklungsproduktivität und Innovation und können so Kosten sowie Vorlaufzeiten reduzieren. Insbesondere im Hinblick auf die Nachhaltigkeit können mit einer ICMELösung während der gesamten Produktentwicklung Material- und Energieressourcen eingespart werden.

Da ICME neuartige Materialien schneller erkennen und anwenden kann, ist dies seit Jahrzehnten ein Thema der Spitzenforschung. Das liegt vor allem daran, dass

Modellierung von Materialien, die Verbindung verschiedener Prozesse sowie die Datenverarbeitung für die gesamte Lieferkette hochkomplex sind. Das Team von Hexagon arbeitete über 17 Jahre mit führenden Wissenschaftlern und Forschungsinstituten an der 10xICME-Lösung, die es schafft, die Materialintelligenz aus der gesamten Lieferkette zu nutzen und so das Potenzial jeder Komponententechnologie voll auszuschöpfen. Dies ist ein wichtiger Technologie-Meilenstein, der Fortschritte in Richtung ökologische Nachhaltigkeit auf wirtschaftlich tragfähige Weise ermöglicht.

Da 10X ICME die Zusammenarbeit der verschiedenen Fachbereiche ermöglicht, kommt es nicht zur Fragmentierung der Fertigungsprozesse, welche die Datenintegration von der Materialkonstruktion in das Produktdesign und die Leistungstests behindern kann. Das System wendet neueste Multiskalenmodellierung auf der Grundlage vollständig integrierter Materialprozessdefinitionen an, so dass simulationsgenerierte Daten mit physikalischen Messdaten kombiniert werden können.

Effizienter Datenaustausch

Durch die virtuelle Entwicklung von Materialien mithilfe von Computersimulationen können verschiedene Varianten eines ausgewählten Materials erstellt werden. Die anschließende Prüfung und Charakterisierung eines neuen oder kundenspezifischen Materials (wie zum Beispiel eines hochentwickelten Verbundwerkstoffs) erfordert in der Regel die Herstellung vieler Muster, die umfangreichen physikalischen Tests unterzogen werden, um Sicherheit und Tauglichkeit für ein bestimmtes Produkt zu messen. Die simulierten Tests sparen wertvolle Energie sowie Materialien und ermöglichen so nachhaltige Endprodukte, indem das volle Potenzial eines Materials ausgeschöpft wird.

10X ICME ermöglicht zudem die virtuelle Datenverwaltung, um Simulationsdaten effizient zu verwerten. Nach den durchgeführten Tests können zwischen den verschiedenen Bereichen wichtige Informationen über Materialien in den von ihnen verwendeten Systemen leicht verloren gehen. Wenn sich die Daten nicht lokalisieren lassen, werden sie reproduziert, und dabei werden dieselben Materialien unnötigerweise immer wieder getestet.

Zudem erfordert das Datenmanagement den Austausch zwischen den an der Produktentwicklung beteiligten Bereichen. Bei der Materialentwicklung und -prüfung müssen sowohl physikalische als auch Simulationsdaten von Herstellern, Zulieferern sowie anderen Partnern leicht in die Konstruktions- und Fertigungsprozesse integriert werden können. Das 10X-ICMEÖkosystem erleichtert und nutzt diesen Austausch, um alle Beteiligten sicher miteinander zu verbinden und sicherzustellen, dass zum Beispiel Materialdatenkarten geschützt sind, um unnötige Wiederholung von Verfahren wie der Materialbewertung aufgrund mangelnder Kommunikation oder Datenfreigabe zu vermeiden.

ICME stellt auch sicher, dass die Materialien in chemischer und struktureller Hinsicht den Sicherheits- und Nachhaltigkeitsbestimmungen entsprechen. So müssen unerwünschte Materialien, die in der Entwurfsphase die Anforderungen nicht erfüllt haben,

weder entsorgt noch zerstört werden. Sobald das Material bestimmt ist, wählt das System das optimale Herstellungsverfahren für ein bestimmtes Produkt oder Material. Wenn die Eigenschaften und Leistungsgrenzen der verwendeten Materialien nicht berücksichtigt werden, erfordert der Prozess oft mehr Material. Unabhängig von den Materialeigenschaften führen solche ineffiziente Herstellungsprozesse oder ungenaue Materialmodellierung zu Materialverschwendung und zu ungenauen Produkten. Die Auswirkungen von ICME lassen sich an der Herstellung großer Objekte demonstrieren. Ein Auto wiegt etwa 1.500 kg und besteht hauptsächlich aus Metallen und verstärkten Kunststoffen, wobei die Kunststoffe 15 bis 20 Prozent des Gewichts ausmachen. Mit ICME kann das Gewicht der Kunststoffkomponente um bis zu 15 Prozent reduziert werden, indem der Materialverbrauch durch uneffizientes Engineering und schlecht gewählte Herstellungsmethoden begrenzt wird. So könnten Milliarden Kilogramm an Material im Jahr gespart werden.

Wiederverwendung von Materialien

Zusätzlich zur Reduzierung des Materialverbrauchs kann der Abfall aus einem Prozess in das ideale Material für einen anderen Prozess umgewandelt werden. Bei Automodellen mit einem besonders hohen Volumen an Verbundwerkstoffen erfolgt die Herstellung großer Teile oft mit subtraktiven Fertigungsmethoden, wobei die gewünschten Formen aus Endlosfaserverbundwerkstoffen ausgeschnitten werden, was dazu führt, dass die erheblichen Verschnitte zu Abfall werden. Die Auswahl optimaler Herstellungsverfahren für dieses Material führt zu weniger Abfall sowie der Möglichkeit, das weggeworfene Material zu recyceln. Mit der richtigen Technologie können Faserverbundwerkstoffe für Spritzguss oder Formpressen wiederverwendet werden. Mit ICME können Hersteller das Beste aus der additiven Fertigung herausholen. Deshalb findet es unter anderem Verwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie Automobilindustrie, um leichte Flugzeuge mit gemischten Tragflächen und ultra-energieeffiziente Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Die Optimierung der Konstruktion von Flugzeugtragflächen oder der Triebwerksakustik durch Simulation kann die Kohlenstoffemissionen und die Lärmbelastung reduzieren. Ziel der Forschung ist es, diese Technologie auszubauen. ( anm) ■

ICME verwischt die Grenzen zwischen Werkstofftechnik, Konstruktion und Fertigungsprozessen und optimiert Komponenten durch die Integration von Fertigungstechnik-, Werkstoffsowie Leistungsprognosen.