Digitaler Materialzwilling Projekt digitalisiert Daten zu Kupferwerkstoffen

Im Projekt „KupferDigital“ soll eine Daten-Plattform zu Kupfer-Legierungswerkstoffen entlang des gesamten Lebenszyklus bereitgestellt werden. Der Nutzen: eine beschleunigte Materialentwicklung sowie die Analyse ganzer Produktkreisläufe.

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Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Für die Entwicklung neuer Kupferlegierungen, eine effizientere Nutzung des Metalls sowie bessere Möglichkeiten zum Recycling bietet die Digitalisierung erhebliche Chancen. Diese wollen das Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie, das Fraunhofer IWM, das Institut für Angewandte Informatik, das Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF), die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, das Deutsche Kupferinstitut und das Fraunhofer IMWS innerhalb von drei Jahren im Projekt „KupferDigital“ erschließen.

Kupferontologie als gemeinsame öffentliche Sprache

Die Projektpartner setzen dabei auf öffentlich frei zugängliche Ontologien, also auf eine formal geordnete Repräsentation von Daten und der zwischen ihnen bestehenden Beziehungen, um Forschungs-, Produktions- und Prozessdaten zu beschreiben, damit das Zusammenspiel zwischen allen beteiligten Partnern in einer Wertschöpfungskette ermöglicht wird. Die Kupferontologie als gemeinsame öffentliche Sprache ermöglicht es allen interessierten Partnern, ihre relevanten Daten auf diese Weise für alle verständlich auszudrücken und an einem gemeinsamen Datenraum teilzunehmen.

Digitaler Materialzwilling bildet gesamten Lebenszyklus ab

Der digitale Materialzwilling soll alle Daten des gesamten Lebenszyklus kupferbasierter Werkstoffe berücksichtigen: Material-, Prüf-, Produktionsprozess-, Simulations- und Recycling-Daten. Aus welcher Mine stammt das Erz? Mit welchen Prozessrouten wurde die Legierung hergestellt? Wie ist das Einsatzverhalten in einem bestimmten elektronischen Bauteil? Wie hoch ist der Anteil wertvoller Werkstoffe in einem Produkt, die recycelt werden können? Solche und vergleichbare Fragen sollen mit der im Projekt entwickelten Demonstrator-Plattform zu beantworten sein.

Anhand des entstehenden Datenraums lässt sich dann beispielsweise simulieren, wie sich neue Legierungen über mehrere Skalen und Lebensabschnitte verhalten oder was eine beschleunigte Entwicklung von neuen Legierungen mit signifikant anderen Eigenschaften verspricht. Der Energie- und Rohstoffverbrauch von Produktionsprozessen kann optimiert und Recyclingquellen und -routen können besser bewertet werden.

Das Teilvorhaben „Mikrostruktur und Eigenschaftskorrelation“

Das Fraunhofer IMWS bearbeitet innerhalb des Projektes das Teilvorhaben „Mikrostruktur und Eigenschaftskorrelation“ und bringt dabei seine Expertise zur systematischen Mikrostrukturanalyse, theoretischen Finite-Elemente-Modellierung sowie mechanischer und normkonformer Charakterisierung von Kupfer und Kupferlegierungen in den digitalen Datenraum ein. Die hochauflösenden Methoden wie EBSD, XRD, XRM/XCT und Transmissionselektronenmikroskopie erlauben eine Abbildung bis in den nm-Bereich.

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