Anwender-Apps

Die im Hinblick auf Durchsatz, Produktqualität und Energieeffizienz optimale Prozessführung bei Wärmebehandlungen von Keramiken und Pulvermetallen erfordert eine möglichst genaue Kenntnis des Materialverhaltens unter Einfluss verschiedener Prozessparameter. Das HTL kann mit seiner einzigartigen Methodik, die präzise In-situ-Messungen mit Kinetik-basierten FE-Modellen kombiniert, die optimalen Prozessparameter für z.B. thermische Entbinderung und Sinterung, aber auch für weitere Prozesse wie Schmelzinfiltration zuverlässig unter Berücksichtigung von Bauteilgeometrie und Brennstapel-Aufbau ermitteln. Für interessierte Anwender kann ein Großteil der Funktionalität dieser Modelle inzwischen als Anwender-App, also als eigenständig lauffähige Software angeboten werden. Die vorher gemessenen Materialdaten sind dabei fest im Programmcode implementiert; der Nutzer kann die Bauteilgeometrie und die meisten Prozessparameter variieren und so selbständig die Prozessführung optimieren, ohne ggf. vertrauliche Parameter offenlegen zu müssen. Die Detailtiefe der in den Apps hinterlegten Modelle kann ebenfalls je nach Nutzeranforderungen unterschiedlich angelegt werden.

Keramiken können aus mehreren Phasen bestehen (Poren werden hierbei wie eine eigene Phase behandelt), anisotrope Kristalleigenschaften aufweisen oder durch Korngrenzflächen beeinflusst werden. Die erzielbaren Materialeigenschaften hängen dann maßgeblich nicht nur von den jeweiligen Phasenanteilen, sondern in hohem Maße auch von den mikrostrukturellen Gegebenheiten, insbesondere den Korngrößenverteilungen und der Partikelanordnung ab. Die langjährig etablierten Mikrostrukturmodelle des HTL auf Basis der Eigenentwicklung eines Keramik-spezifischen Strukturgenerators sind inzwischen so gut automatisiert, dass die darauf beruhenden Simulationen für die Generierung von Datenbanken, die die makroskopischen Materialeigenschaften für eine breite Variation von Gefügeparametern abbilden, genutzt werden können. Mit Hilfe von KI-Algorithmen kann darauf im Sinne eines Top-Down-Materialdesigns zugegriffen werden, das automatisiert für vorgegebene Materialanforderungen die bestgeeigneten Zusammensetzungen und Gefügeeigenschaften ermittelt. Unter der Voraussetzung, dass für eine bestimmte Kombination von Phasen diese Datenbank angelegt wurde und ausreichend validiert ist, kann eine Anwender-App für selbständiges Top-Down-Materialdesign für diese Materialklasse angeboten werden. Bisher wird diese Methodik vorwiegend in geförderten F&E-Projekten wie InCoKer angewendet.