Mechanische Charakterisierung hybrider Materialien: Ermittlung der Grenzflächeneigenschaften. (Bildquelle: Amen Ali)
Leichtbaustrukturen müssen hohen Belastungen standhalten. Strukturwerkstoffe wie Aluminium, Stahl oder Verbundwerkstoffe eignen sich hierfür zwar grundsätzlich, jedoch sind hybride Werkstoffe besser an die Belastungen anpassbar. Sie vereinen in sich verschiedene Werkstoffe im Verbund und sind so gestaltet, dass sie sich gegenseitig perfekt unterstützen und ergänzen. Hierzu zählen Laminate aus Metall und Faserverbundwerkstoffen. Das Problem: Ihr Recycling ist extrem schwierig und mit bestehenden Ansätzen kaum zu schaffen. Hybride Werkstoffe für Anwendungsfelder, die besondere Materialeigenschaften erfordern, nachhaltig zu gestalten und bestehende Hybride wiederaufzubereiten – dieser Aufgabe stellen sich Forschende der Universität Augsburg im Kontext des KI-Produktionsnetzwerks.
Von Laminaten und Sandwiches
„Laminate gehören zu den hybriden Werkstoffen und bestehen aus vielen übereinandergestapelten Schichten − wie bei einem Sandwich“, beschreibt Prof. Dr. Kay Weidenmann, Professor für Hybride Werkstoffe an der Universität Augsburg und Mitglied des Direktoriums des KI-Produktionsnetzwerks an der Universität Augsburg. Die Schichten setzen sich aus verschiedenen Werkstoffen zusammen, zum Beispiel aus Metall und Faserverbundwerkstoffen. So gestaltet verfügen Laminate über herausragende Eigenschaften, besser als jede der einzelnen Komponenten, sind beispielweise extrem flexibel und zugleich stabil und beständig gegen Materialermüdung.
Perfekter Zusammenhalt
„Das Problem ist, dass Laminate zwar perfekt zusammenhalten, aber genau aus diesem Grund schwierig zu recyceln sind“, erklärt Weidenmann, und weiter: „Statt die einzelnen Schichten zu trennen und als Ganzes wieder zu verwenden, werden diese in der Praxis bisher häufig durch Zersetzen der Verbundkomponente getrennt, was einen hohen CO2-Ausstoß und kaum wiederverwendbare Materialien zum Ergebnis hat. Unter anderem deshalb finden hybride Laminate trotz hervorragender Eigenschaften bislang nur selten Anwendung.“
Trennende Schichten
Der Einbau von Trennschichten in die Laminate ist ein Lösungsansatz: „Die Idee ist, die Laminate mit besonderen Schichten zu versehen, die man im Rahmen des Recyclings sozusagen auf Knopfdruck ‚abschalten‘ kann“, beschreibt Weidenmann. Eine mögliche „Abschaltvorrichtung“ ist die gezielte Schwächung dieser Zwischenschicht durch den Einsatz von Wärme. „Zwei Fragen sind hierbei wichtig: Wie verhalten sich die Laminate mit den abschaltbaren Schichten während der Belastung und sind die recycelten Werkstoffe qualitativ gleichwertig zu neuen?“, erläutert Weidenmann die Herausforderung für die Forschenden.
Künstliche Intelligenz sorgt zusätzlich für mehr Nachhaltigkeit im KI-Produktionsnetzwerk
KI-basierte Verfahren können schon im Vorfeld genutzt werden, um aus einer Vielzahl von Möglichkeiten Werkstoffe mit geeigneten Eigenschaften auszuwählen. Aber auch bei der Wiederverwendung recycelter Materialien kommt künstliche Intelligenz ins Spiel, wenn es darum geht, die Produktionsprozesse zu stabilisieren. Das Thema Nachhaltigkeit ist wichtiger Bestandteil der Forschung im Rahmen des KI-Produktionsnetzwerks: „Wenn wir z.B. recycelte Faserverbundwerkstoffe wiederverwenden, sind wir mit einer gewissen Streuung der Materialeigenschaften konfrontiert. Selbst minimale Abweichungen vom Standard können gravierende Auswirkungen auf die Produktqualität haben. Algorithmen der künstlichen Intelligenz erlauben uns, diese Schwankungen durch entsprechende Anpassung der Fertigungsprozesse zu berücksichtigen. Dies wird uns helfen, den Wertstoffkreislauf zu schließen und eine ressourcenoptimale, CO2-neutrale Produktion zu erreichen.“, fasst Prof. Dr. Markus Sause, Direktor des KI-Produktionsnetzwerks der Universität Augsburg zusammen.
Weitere Informationen: https://www.uni-augsburg.de/de/fakultaet/mntf/mrm/prof/hybw/
