Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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Wettbewerbsfähige Produktinnovation

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Entwicklungszyklen zu verkürzen, sowie technologische, ökologischen und ökonomische Anforderungen an Produkte zu erfüllen erfordern  den Zugriff auf und die Nutzung von wichtigen Informationen aus dem gesamten Produktlebenszyklus, vom Entwurf über die Produktion bis hin zum Ende der Lebensdauer.

 Auch die Anpassung an sich schnell ändernde Marktanforderungen erfordert mehr als nur technisches Fachwissen und wird durch fragmentierte Datensysteme erschwert. Sie erfordert einen einheitlichen Ansatz für die Verwaltung von Materialdaten, um eine fundierte Zusammenarbeit zwischen Teams und Abteilungen zu gewährleisten. Durch die Beseitigung dieser Daten- und Kommunikationsdefizite können Hersteller ihre Entscheidungsfindung optimieren, Risiken reduzieren und neue Möglichkeiten für Produktinnovationen erschließen.

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Die aktuelle Lage

Die Material- und Fertigungsbranche steht an einem kritischen Scheideweg und sieht sich zunehmendem Druck ausgesetzt, ökologische Nachhaltigkeit und wirtschaftliche Rentabilität in Einklang zu bringen. Die Nachfrage nach fortschrittlichen Werkstoffen wie hochfesten Stählen, die für Branchen wie erneuerbare Energien, E-Mobilität usw. unverzichtbar sind, steigt weiter an. Dennoch steht die Branche vor einer Reihe von Herausforderungen:

  • Dekarbonisierung: Die Reduzierung der CO2-Emissionen bei der Stahlproduktion ist entscheidend, um die EU-Ziele zur Senkung der Treibhausgasemissionen um 40 % bis 2030 zu erreichen. 
  • Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen: Die EU ist bei wichtigen Legierungsmaterialien stark von externen Lieferanten abhängig, was sie anfällig für Unterbrechungen der Lieferkette und Preisschwankungen macht.
  • Kosteneffizienz: Die Entwicklung skalierbarer, kostengünstiger Fertigungsmethoden ist der Schlüssel zur Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit, insbesondere bei Anwendungen wie Windkraftanlagen und Schwertransporten.
  • Innovationsengpässe: Traditionelle Trial-and-Error-Ansätze bei der Materialentwicklung und Prozessoptimierung führen zu Ineffizienzen, Verschwendung und hohen Forschungs- und Entwicklungskosten.

Die Industrie benötigt fortschrittliche Werkzeuge und Methoden, um Innovationen zu beschleunigen, die Umweltbelastung zu verringern und eine sichere, nachhaltige Lieferkette für kritische Materialien zu gewährleisten.

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Projektbeispiel: AID4GREENEST

Das Projekt AID4GREENEST geht diese Herausforderungen direkt an, indem es künstliche Intelligenz (KI) mit Materialwissenschaften verbindet, um innovative, nachhaltige Lösungen für die Stahlindustrie zu entwickeln. AID4GREENEST läuft von September 2023 bis August 2026 mit einem Budget von 5 Millionen Euro und bringt 10 führende europäische Universitäten, Forschungszentrenund Unternehmen zusammen, um wegweisende Tools und Methoden zu entwickeln.

 

Ziele und Innovationen

  • KI-gestützte Modellierungstools: AID4GREENEST entwickelt drei KI-basierte Modellierungstools für chemische Prozesse und Strukturen, die die Entwicklung robuster Materialien und umweltfreundlicher Produktionsverfahren ermöglichen. Diese Tools optimieren Materialeigenschaften und Verarbeitungsparameter und schaffen die Entscheidnungsbasis um  CO2-Emissionen und Abfallaufkommen reduzieren.
  • Vorhersage des Kriechverhaltens: Das Projekt führt maschinell lernbasierte Tools zur Vorhersage des Kriechverhaltens von hitzebeständigen Stählen ein. Durch den Einsatz beschleunigter Kriechversuche verbessert die Methodik die Effizienz der Forschung und Entwicklung erheblich und reduziert die Abhängigkeit von ressourcenintensiven Testmethoden.
  • Modellierung der Mikrostrukturentwicklung: Es wird ein sequentielles Modell entwickelt, um Mikrostrukturveränderungen während des Schmiedens und Abschreckens von großformatigen Stahlprodukten vorherzusagen. Dadurch werden verschwenderische Nachbearbeitungen vermieden und herkömmliche Trial-and-Error-Tests durch datengestützte Präzision ersetzt.
  • Lebenszyklusbewertung und Innovationsroadmap: AID4GREENEST führt Lebenszyklusbewertungen durch, um modellbasierte Innovationsprozesse zu unterstützen. Eine Roadmap wird die Einführung von KI-gestützten Tools entlang der gesamten Wertschöpfungskette, vom Materialdesign bis zur Produktentwicklung, begleiten.
  • Online-Plattform für Wissensaustausch: Das Projekt umfasst die Entwicklung einer KI-basierten Online-Plattform zur Zentralisierung des Wissenstransfers. Diese Ressource wird Workflows, frei zugängliche Publikationen und standardisierte Daten für die Industrie enthalten.
     

Auswirkungen und Anwendungen

  • Warmwalzen von Stählen: AID4GREENEST beschleunigt die Dekarbonisierung von warmgewalzten Stählen, insbesondere von martensitischen Sorten. Diese hochfesten Stähle sind derzeit zwar noch ein Nischenmarkt, bergen jedoch ein immenses Potenzial für Anwendungen in den Bereichen erneuerbare Energien und Schwerlasttransport. Die Innovationen des Projekts bei der Neugestaltung bestehender Sorten bieten einen Wert von mehreren Milliarden Euro und reduzieren gleichzeitig die Umweltbelastung.
  • Schmieden und Abschrecken: Ein weiterer Schwerpunkt ist die Optimierung von Schmiede- und Abschreckprozessen, insbesondere für Turbinen- und Generatorbauteile. Das Projekt befasst sich mit den Herausforderungen energieintensiver Wärmebehandlungen und gewährleistet langlebige und kostengünstige Komponenten für Windkraftanlagen. Durch die Verbesserung der Materialeffizienz und Haltbarkeit steigert AID4GREENEST die Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der erneuerbaren Energien und trägt zur Senkung der Stromgestehungskosten für Offshore-Windkraftanlagen bei.

Mit seinen KI-gestützten Tools, Methoden zur Lebenszyklusbewertung und seinem Fokus auf Nachhaltigkeit zeigt AID4GREENEST, wie Technologie die Stahlindustrie zu einem saubereren, widerstandsfähigeren und innovativeren Sektor machen kann.

Projektprofil AID4GREENEST - not yet in backend

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