Projekte

Die Integration recycelter Materialien stellt die verarbeitende Industrie vor Herausforderungen, da die Qualität der Produkte vom Zusammenspiel der eingesetzten Materialien und den Fertigungsverfahren abhängt. Variationen in Spurenelementen und chemischen Eigenschaften beeinflussen additive Fertigungsprozesse wie den 3D-Druck. Das Projekt GEAR-UP zielt darauf ab, digitale Werkzeuge zu entwickeln, die den Einsatz recycelter Materialien in der Metall- und Kunststoffverarbeitung erleichtern. Durch simulationsgestützte Ansätze und KI-Methoden sollen ressourcenschonende Fertigungsverfahren etabliert werden. Der im Projekt entwickelte Digitale Produktpass stellt die Rückverfolgbarkeit der Materialien sicher.

Im Projekt BASE soll der digitale Batteriepass entwickelt werden, den jede größere Batterie in Zukunft besitzen muss. Der Pass wird kontinuierlich erhobene Daten zum »State of Health« enthalten und außerdem Informationen zur Lieferkette, zum Herstellungsprozess und zu Materialdaten. Hierbei kommt die Methode des »Mass Balancing« zum Einsatz, die den Materialeinsatz in der Batterieproduktion detailliert bilanziert und besonderes Augenmerk auf die Verwendung nachhaltiger Bestandteile legt. Die Daten aus dem Batteriepass werden fälschungssicher dezentral gespeichert, sodass alle Beteiligten darauf Zugriff haben. Dies ermöglicht, die Lebensdauer eine Batterie zu optimieren und das Recycling zu verbessern.

Im Projekt SmartEM entsteht ein standardisiertes System, das es ermöglicht, verschiedene »Computational Engineering Models« aus unterschiedlichen Quellen zu kombinieren und zu einem Gesamtsystem zusammenzuführen. Diese flexible Referenzarchitektur, inspiriert von offenen Datenraumkonzepten wie Gaia-X, fördert die Zusammenarbeit verschiedener Akteure und ermöglicht die Wiederverwendung von Engineering-Modellen. So werden Entwicklungsprozesse effizienter gestaltet und manuelle, zeitaufwändige Verfahren zur Erstellung von Digitalen Zwillingen ersetzt. Die KI-gestützte Erzeugung von »Surrogate Models« – vereinfachten Versionen der komplexen Modelle aus heterogenen Datenquellen – erleichtert die Integration von Modellen und verbessert so die Interoperabilität. So beschleunigt SmartEM die digitale Transformation und Innovation im Ingenieurwesen.

Im Projekt ALABAMA geht es darum, adaptive Lasertechniken für verbesserte additive Fertigung zu entwickeln. Ziel ist es, Materialporosität zu verringern und Mikrostrukturen anzupassen. Die Innovation beinhaltet die Entwicklung von Multiskalenmodellen zur Prozessoptimierung. Prozessparameter werden mittels Mehrstrahlsteuerung und Laserformung optimiert. Fortschrittliche Überwachung nutzt Multispektralbildgebung zur Qualitätskontrolle. Materialtests gewährleisten die Einhaltung von Anforderungen. Die Technologie wird in Luftfahrt, Schifffahrt und Automobilbau getestet. Diese Branchen stehen vor Herausforderungen bezüglich Materialqualität. Das Projekt verspricht signifikante Produktivitätssteigerungen und Kostensenkungen. Es fördert zudem die Autonomie der europäischen Industrie.

Remanufacturing ist für die Kreislaufwirtschaft von entscheidender Bedeutung, da es die Lebensdauer von Produkten verlängert, Arbeitsplätze und Einnahmequellen schafft und Abfall, Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen reduziert. Die wichtigsten Herausforderungen, die für ein erfolgreiches Remanufacturing in einer industriellen Wertschöpfungskette – oder besser gesagt in einem Wertschöpfungskreislauf – zu bewältigen sind, beziehen sich auf Verfahren, Design und Geschäftsmodelle.

PIONEER zielt auf die Entwicklung und Umsetzung eines interoperablen Ökosystems für Materialmodellierung und Fertigung ab, das einen multidirektionalen Datenfluss entlang der Materialwertschöpfungskette ermöglicht, indem Produktdesign und verteilte Modellierungsdaten mit Informationen aus der Materialcharakterisierung, den Fertigungsprozessen und den Produktqualitätskriterien verknüpft werden. PIONEER kombiniert einen Design-by-Simulation-Ansatz mit Fertigungs- und Qualitätsdaten zur Optimierung von Produktentwicklungsstrategien in High-Mix/Low-Volume-Produktionssystemen.

Das gemeinsame Laborprojekt von Fraunhofer SCAI, der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg und der Dr. Reinold Hagen Stiftung setzt genau an diesem Punkt an. Es zielt darauf ab, neue Erkenntnisse aus dem Bereich der digitalen Zwillinge zu gewinnen und diese für kleine und mittlere Unternehmen nutzbar zu machen, die einem besonders hohen Digitalisierungsdruck ausgesetzt sind. Diese Unternehmen sind oft regional verankert, z.B. als Experten für Nischenfertigungstechniken. Für diese Unternehmen ist es besonders herausfordernd, ausreichend Expertise in möglichst vielen Disziplinen zu sammeln.

Das Fraunhofer-Projekt HABICHT zielt auf die Entwicklung eines hocheffizienten Elektromotors für Luftkompressoren in Wasserstoff-Brennstoffzellen ab. Zur Ermittlung des optimalen Maschinendesigns wurden mehrere Multiphysik-Simulationen durchgeführt, die in den mechanischen Bereich, den elektromagnetischen Bereich, das thermische Verhalten des Rotors und das thermische Verhalten des Stators unter gemeinsamen Randbedingungen unterteilt wurden. Für jeden Bereich wurden Ersatzmodelle erstellt, die miteinander kombiniert wurden, um die Wechselwirkungen der einzelnen Bereiche zu berücksichtigen.

Das VMAP-Analyseprojekt ist ein Folgeprojekt des VMAP-Projekts, das ebenfalls unter dem Dach der ITEA angesiedelt ist. Dieses Projekt wird hauptsächlich von dem schwedischen Partner SWERIM AB, einem Metallforschungsinstitut mit Sitz in Luleå, Schweden, durchgeführt. Dieses Projekt konzentriert sich hauptsächlich auf die Integration experimenteller Daten in den VMAP-Standard und die Entwicklung von Prozess-Ontologien, um sinnvolle Verbindungen zwischen der virtuellen und der Simulationsdomäne herzustellen. Die Durchführung von Datenanalysen zur Bereitstellung besserer Korrelationstechniken ist ebenfalls Teil des Projektumfangs.

Mit Gesetzen wie dem "Gesetz für die Erhaltung, Modernisierung und den Aufbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWKG)" (2002) und dem "Novelle KWK-Gesetz" (2009) plant die Bundesregierung, den Anteil der Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) an der gesamten deutschen Bruttostromerzeugung von derzeit ca. 15% auf 25% im Jahr 2020 zu erhöhen. Eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades ist mit metallischen Werkstoffen nicht möglich. Dagegen können Bauteile aus Hochleistungskeramik deutlich höhere Temperaturen verkraften. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung eines Rotors und Stators aus monolithischer Hochleistungskeramik und deren erfolgreicher Einsatz in Mikrogasturbinen (MGT).