Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Föderierte digitale Infrastruktur für die europäische Forschung und Entwicklung im Bereich fortschrittlicher Werkstoffe

Laufendes Forschungsprojekt

Europäische Materialforschung ist digital fragmentiert – Daten aus Laboren, Simulationen und Fertigung liegen in isolierten Silos und bremsen die Entwicklung neuer Werkstoffe aus. MaterialsCommons schafft eine föderierte digitale Infrastruktur, die erstmals über einen gemeinsamen Zugangspunkt und einen gemeinsamen semantischen Rahmen alle wesentlichen europäischen Plattformen, Datenquellen, Workflows und Tools für die Materialforschung verbindet. Diese Infrastruktur ermöglicht IP-geschützten Datenaustausch, KI- und Simulations-Workflows und Self-Driving Labs, um den Materialentwicklungsprozess um bis zu Faktor 4 zu beschleunigen. Sechs industrienahe Use Cases in den Bereichen Batterien, Stahl, additive Fertigung und Mikroelektronik demonstrieren den konkreten Nutzen für Unternehmen. 

Projektbeschreibung

Marktbedarf und Herausforderung
Obwohl hochentwickelte Werkstoffe Schlüssel zu Wettbewerbsfähigkeit, Klimaneutralität und strategischer Autonomie sind, bleibt die europäische Materialforschung digital fragmentiert. Daten aus Experimenten, Simulationen und industrieller Fertigung liegen in isolierten Silos. Unterschiedliche Formate, inkompatible Plattformen und fehlende semantische Standards verhindern den effizienten Austausch. Diese Fragmentierung ist sehr kostspielig und verzögert die Markteinführung neuer Materialien um Jahre.

Beitrag des Projekts
MaterialsCommons adressiert diese Herausforderung durch den Aufbau einer föderierten digitalen Infrastruktur, die erstmals alle relevanten europäischen Materialdaten-Repositorien, Workflow-Systeme und KI-Tools über einen einzigen Zugangspunkt verbindet. Das Projekt verfolgt drei technologische Domänen: (1) Semantische Interoperabilität, sodass Daten aus verschiedenen Systemen und Organisationen automatisch kompatibel sind, (2) interoperable Workflows, die Simulationen, Experimente und maschinelles Lernen übergreifend verknüpfen, sowie (3) sichere, föderierte Datenräume mit IP-geschütztem Datenaustausch im industriellen Kontext.

Die wirtschaftliche Relevanz wird in sechs Use Cases mit namhaften Industriepartnern in den Sektoren Batterien, Stahl, additive Fertigung und Mikroelektronik demonstriert. MaterialsCommons schafft gemeinsame digitale Werkzeuge, Datenstrukturen und Workflows, die den Datenaustausch über Organisationsgrenzen hinweg vereinfachen und so die Grundlage für schnellere und besser abgesicherte Entwicklungsprozesse bilden. Dazu gehören unter anderem KI-gestützte Analysen, die Verknüpfung von Simulation und Experiment, Self-Driving Labs für automatisierte Experimente sowie ein sicherer, IP-geschützter Datenaustausch. Damit stärkt MaterialsCommons die industrielle Führungsrolle Europas im globalen Wettbewerb um fortschrittliche Werkstoffe und unterstützt gleichzeitig den European Green Deal durch beschleunigte Entwicklung nachhaltiger, kreislauffähiger Materialien.

Auf Basis von MaterialsCommons kann das Fraunhofer IWM Unternehmen künftig folgende neue Leistungen für Forschung und Entwicklung anbieten:

Automatische Aufbereitung von Messdaten zu strukturierten, wiederverwendbaren Datensätzen (FAIR-konform)
Softwarelösungen, die aus Rohmessdaten, wie mechanischen Prüfungen oder Mikrostrukturanalysen, automatisch strukturierte, maschinenlesbare und standardkonforme Datensätze erzeugen.

Ihr Nutzen:

  • Drastische Reduktion des manuellen Aufwands für Datendokumentation und -aufbereitung
  • Sofortige Nutzbarkeit der erzeugten Daten für KI-Analysen und unternehmensübergreifende Kooperationen
  • Belastbare Datenbasis für Zulassungsverfahren, Normkonformität und digitale Zwillinge

Zielgruppe: Prüflabore, Werkstoffhersteller, FuE-Abteilungen in der Prozess- und Fertigungsindustrie

 

Materialdaten entlang der Lieferkette vernetzen und nutzbar machen
Das Fraunhofer IWM unterstützt Unternehmen dabei, ihre Materialdaten so zu strukturieren und zu standardisieren, dass sie entlang der gesamten Lieferkette (intern wie in gemeinsamen Datenräumen mit Partnern) automatisch ausgetauscht und genutzt werden können, ohne aufwändige Schnittstellenentwicklung.

Ihr Nutzen:

  • Automatisierter Materialdatenaustausch entlang der gesamten Lieferkette, von der Rohstoffverarbeitung bis zum Endprodukt
  • Verkürzte Abstimmungsprozesse durch standardisierte, maschinenlesbare Datenformate
  • Datengetriebene Optimierung über Unternehmensgrenzen hinweg ohne zusätzlichen Integrationsaufwand

Zielgruppe: Fertigungsunternehmen, Zulieferer, Unternehmen in Datenraum-Initiativen wie Catena-X oder GAIA-X

 

Digitale Produktpässe für Werkstoffe, EU-konform und nahtlos in industrielle Ökosysteme integrieren
Erstellung und Implementierung digitaler Materialpass-Lösungen, die konform mit der EU-Ökodesign-Verordnung (ESPR) sind und auf Basis der Asset Administration Shell (AAS, Industrie-4.0-Standardschnittstelle) nahtlos in industrielle Datenökosysteme integriert werden können.

Ihr Nutzen:

  • Effiziente Erfüllung regulatorischer Anforderungen der EU-Ökodesign-Verordnung ohne Eigenentwicklung
  • Transparenz über Nachhaltigkeits- und Kreislauffähigkeitskennzahlen der eigenen Produkte
  • Zukunftssichere Dateninfrastruktur für kommende Berichtspflichten und Zulassungsanforderungen

Zielgruppe: Produkthersteller, OEMs, Unternehmen mit Nachhaltigkeits- und Compliance-Anforderungen

 

KI-Vorhersage von Werkstoffeigenschaften auf verteilten Daten, IP-sicher ohne Weitergabe vertraulicher Produktionsinformationen
Präzise KI-Vorhersagen von Werkstoffeigenschaften in Bauteilen und Produkten erfordern Daten aus verschiedenen Unternehmen entlang der Lieferkette. Föderiertes maschinelles Lernen löst dieses Problem und ermöglicht leistungsfähige Vorhersagemodelle, ohne dass Produktions- oder Rezepturdaten das eigene Unternehmen verlassen.

Ihr Nutzen:

  • KI-gestützte Eigenschaftsvorhersage ohne Offenlegung vertraulicher und sensibler Produktions- oder Rezepturdaten
  • Reduktion des experimentellen Aufwands bei der Werkstoffqualifizierung
  • Schnellere Markteinführung neuer Werkstoffe und Legierungen durch datengestützte Entwicklung

Zielgruppe: Werkstoffhersteller, Legierungsentwickler, Unternehmen mit vertraulichen Produktionsdaten

Förderhinweis