Werkstofffabrik digitalisiert Polymerentwicklung

Die Werkstofffabrik am Leibniz IPF nutzt KI-basierte digitale Tools für die anwendungsnahe Polymerentwicklung bei. Foto: IPF/Döring

Digitale Werkstofffabrik: Das Leibniz IPF entwickelt neuartige Polymere, indem es die ganze Prozesskette digital verbindet.

Das Leibniz-Institut für Polymerforschung (IPF) in Dresden entsteht eine Werkstofffabrik, die eine digitale und prozessübergreifende Datenanalyse macht und damit völlig neue Einblicke für die Produktentwicklung liefert. Die Werkstofffabrik nutzt die Methoden des Manufacturing Execution System (MES) auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI).

Die Firma Symate, Spezialist für Industrial Internet of Things, Big Data und den Einsatz von KI in der Fertigung, unterstützt den Aufbau einer digitalisierten Werkstofffabrik am Dresdner IPF. Die Wissenschaftler haben damit begonnen, eine Fertigungshalle mit wichtigen Schlüsseltechnologien für die Entwicklung und Verarbeitung von neuen Polymeren einzurichten.

Ziel dieses ambitionierten Projektes mit dem Namen ‚Polydigma – Polymers by Digital Material Science‘ ist die Entwicklung von besonders leistungsfähigen Polymerwerkstoffen. Hierbei kommt die skalierbare KI-Plattform Detact zum Einsatz, die alle Funktionen eines modernen MES, aber auch intelligente datenbasierte Tools für die Optimierung von Prozess und Qualität beinhaltet.

Prozess beeinflusst Polymerentwicklung

Denn gerade bei der Verarbeitung von Kunststoffen werden durch die Prozessbedingungen die Eigenschaften des Polymerwerkstoffes maßgeblich mitbestimmt. Durch Detact erhalten die Forscher einen tiefen Einblick in ihre Prozesssysteme sowie ein detailliertes Verständnis für die entscheidenden Wechselwirkungen zwischen einzelnen Komponenten und deren Einfluss auf die Vorgänge im Werkstoff.

Im Fokus stehen digitale Daten

Ein wichtiger Schwerpunkt des IPF-Projektes liegt auf dem Thema Daten. Denn: Die Forscher möchten mithilfe ihrer neuen Werkstofffabrik ein tiefgreifendes Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Rohstoff, Prozessbedingungen, Konstruktion und Werkstoffeigenschaften gewinnen. Die bildet die Basis für eine optimale Prozessgestaltung.

Hierzu werden umfangreiche Daten aus dem gesamten Prozess der Produktentstehung, den Werkstücken und der Umgebung erfasst und systematisch analysiert.

KI optimiert Workflow für die Polymerfertigung

In der Werkstofffabrik werden die Forscher von dem MES-System Detact unterstützt. Die Detact-Software arbeitet systemübergreifend, intelligent, lässt sich individuell anpassen und liefert Analysen in Echtzeit. Da alle Daten in einer zentralen Cloud verarbeitet und abgeglichen werden, ermöglicht das System die übergreifende Analyse der Zusammenhänge zwischen Prozessgrößen und Werkstoffeigenschaften.

Somit entwickeln die Forscher nicht nur einen optimierten Workflow für die Herstellung von neuartigen, hochleistungsfähigen Polymerwerkstoffen, sondern auch ein Modell für das Management von Prozessen zur Erzeugung optimaler Werkstoffeigenschaften. Kurz gesagt: Es entsteht ein Ansatz für die digitalisierte Kunststoffverarbeitung der Zukunft.

In der Werkstofffabrik völlig anders forschen als bisher

Hierzu erläutert Prof. Dr.-Ing. Markus Stommel, Leiter des Instituts für Polymerwerkstoffe am IPF in Dresden: „Bislang ist es uns nur begrenzt möglich, Rückschlüsse von Prozessparametern auf den zugrunde liegenden Werkstoff zu ziehen oder ausgewählte Eigenschaften als Teil eines interaktiven Systems zu analysieren. Mit der skalierbare KI-Plattform Detact wird das jetzt aber möglich. Daher können wir in unserer neuen Werkstofffabrik völlig anders forschen als bisher.“

Skalierbare KI macht Wechselwirkungen transparent

Stommel erläutert, dass mit Detact ein deutlich tieferes Verständnis für die gesamte Prozesskette entsteht: „Die einzelnen Maschinen, Geräte und Werkstoffe liefern kontinuierlich Daten, die wir nun erstmals prozessübergreifend und in Echtzeit auswerten können. Mithilfe der KI und der Vernetzung der digitalen Systeme möchten wir uns vor allem die Wechselwirkungen entlang der ganzen Prozesskette anschauen. Denn wir sind uns sicher, dass gerade hier ein enormes Optimierungspotenzial steckt.“

Laut Stommel lassen sich jetzt erstmals die Material‐ und Werkstoffdaten aus unterschiedlichsten Datenquellen fusionieren und den Polymerwerkstoff entlang seines gesamten Lebenszyklus erforschen und vollkommen neue industrielle Planungs- bzw. Steuerungssysteme im Sinne von Industrie 4.0 realisieren.

mg

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