Die Digitalisierung der Wirtschaft nimmt rasant zu und bestimmt mit sogenannten »Smart Factories« die vierte industrielle Revolution. Ein elementarer Bestandteil dabei sind die Werkstoffe: Sie bestimmen die Funktion der Produkte. Ihr komplexes Materialverhalten während der Produktion und im Produktlebenszyklus bietet ein bislang unerschlossenes Potenzial – gerade für Industrie 4.0. Der Workshop MaterialDigital am 11. und 12. April 2018 am Freiburger Fraunhofer IWM ist eine neue Plattform für Vernetzung und Austausch zur Digitalisierung in Entwicklung, Verarbeitung und im Einsatz von Werkstoffen und Bauteilen.

Materialeigenschaften ändern sich durch die Materialherstellung, bei der Produktion von Bauteilen und während des Produktlebenszyklus. Zudem variieren sie lokal innerhalb eines Produkts: abhängig von Herstellungsverfahren und Einsatzbedingungen. Diese Veränderungen und Variationen sind vielfach gewollt, aus Erfahrung und Messungen bekannt oder teilweise schlicht unvermeidlich. »Es ist wichtig, die lokal variierenden und veränderlichen Werkstoffeigenschaften für jeden Prozessschritt zu kennen und für seine Optimierung heranzuziehen«, erklärt Prof. Dr. Chris Eberl, Werkstoffwissenschaftler und stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer IWM. Der Schlüssel dazu sei die intelligente Verknüpfung, Analyse und Bewertung von Materialinformationen aus unterschiedlichen Quellen entlang der Wertschöpfungskette. »Mit der Digitalisierung bietet sich die Chance, diesen Schatz an Wertschöpfungspotenzialen viel effizienter als bisher zu heben – dafür stehen wir in den Startlöchern«, so Eberl. Es gehe im Zuge der Digitalisierung darum, die Erzeugung, Speicherung und Analyse von Materialinformationen für Wettbewerbsvorteile unserer Industrie nutzbar zu machen.

Neue Plattform zur Digitalisierung von Werkstoffen

Unter dem Motto »Chancen und Herausforderungen der Digitalisierung in Entwicklung, Verarbeitung und im Einsatz von Werkstoffen und Bauteilen« diskutieren Expertinnen und Expertenaus Industrie und Wissenschaft und Politik am Freiburger Fraunhofer IWM Lösungen und Konzepte, wie die spezifischen Bedarfe von Unternehmen angegangen und die digitale Transformation in Forschung und Wissenschaft vorangebracht werden können. Damit findet der erste Austausch in dieser Form im entsprechenden Forschungsumfeld statt: Die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IWM entwickeln seit vielen Jahren erfolgreich Lösungen, um beispielsweise Fertigungsprozesse auf die Anwendung hin zu optimieren.

In der Startphase: Die Digitalisierung in der Werkstofftechnik

Bislang werden Materialeigenschaften zur Bewertung von Bauteilen oder Fertigungsprozessen indirekt aus vielen Werkstoffuntersuchungen, über Sensordaten oder aus Prozess- und Werkstoffsimulationen gewonnen. Dieser Aufwand kann nur an Teilen des gesamten Produktlebenszyklus betrieben werden. »Die Optimierung im Sinne von Industrie 4.0 betrachtet die Materialeigenschaften und ihre Änderungen während der gesamten Wertschöpfungskette – das findet bisher noch nicht statt«, erläutert Eberl. »Damit wir die sich bietenden Potenziale heben können, brauchen wir den Austausch zwischen verschiedenen Interessensgruppen und den sogenannten Digitalen Zwilling«. Der Digitale Zwilling bezeichnet die Momentaufnahme eines Werkstoffs, die alle Informationen zur Vorgeschichte enthält, also die Werkstoffhistorie mitführt. Die Herausforderung besteht darin, einen Werkstoffdatenraum zu erschaffen, der die verschiedenen Momentaufnahmen miteinander verknüpft und damit völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Werkstoffentwicklung, die Verarbeitung und den Einsatz von Bauteilen bereitstellt.