Digitale Werkstoffforschung & -entwicklung

Konstruktionswerkstoffe werden in vielen Industriebereichen zur Herstellung von Produkten mit unterschiedlichsten Anforderungen an die verwendeten Werkstoffe eingesetzt. Besonders hohe Anforderungen werden in der Regel an die mechanische Belastbarkeit der Werkstoffe gestellt. Aber auch Eigenschaften wie thermische und elektrische Leitfähigkeit oder thermische Ausdehnung sind von großer Bedeutung. Eine genaue Betrachtung dieser Eigenschaften bietet sowohl bei der Werkstoff- als auch bei der Bauteilentwicklung die notwendigen Informationen für eine erfolgreiche Produktentwicklung.

Mit GeoDict können die Eigenschaften eines Werkstoffes anhand eines realistischen 3D-Modells auf der Mikrostruktur analysiert, entwickelt und simuliert werden. Die Simulationsergebnisse helfen im weiteren Entwicklungsprozess dabei, das volle Potenzial der Werkstoffe zu nutzen und mögliche Schwachstellen zu erkennen und zu beheben.

Neue Erkenntnisse über Mikrostrukturen durch den Einsatz von GeoDict sind entscheidend für die Entwicklung zukunftsweisender Materialien.

Prozesse in der Forschung und Produktion können mit GeoDict effizienter und flexibler gestaltet werden:

• Entwicklungskosten für Werkstoffe werden erheblich gesenkt, da die Anzahl der notwendigen Experimente und Prototypen durch Simulationen reduziert wird.
• Simulationen bieten wertvolle Einblicke in die inneren Vorgänge und Funktionsweisen der Werkstoffe, die Laborversuche nicht liefern können.
• Materialien, die in der Regel nicht ohne größere Fertigungsanpassungen oder Investitionen hergestellt werden können, werden einfach digital entwickelt und getestet.
• GeoDict ermöglicht die Durchführung von individuellen Parameterstudien und erfüllt damit auch höchste wissenschaftliche Ansprüche.

Voraussetzung für präzise Simulationen sind digitale 3D-Modelle, die die Mikrostruktur mit allen relevanten Merkmalen abbilden. 

In GeoDict können 3D-Modelle einer Mikrostruktur auf zwei Arten erzeugt werden:

1. Als Import aus dreidimensionalen Bilddaten mit ImportGeo-Vol:

• µCT-Scans
• Röntgenmikroskop-Scans
• FIB-SEM-Scans

2. Als digitale Modelle mit Hilfe der GeoDict-Strukturgeneratoren für Digitales Materialdesign: 

• Faserstrukturen (unidirektionale Halbzeuge wie Tapes und Rovings, multidirektionale mehrlagige Gelege, Vliese, Kurz- und Langfasern)
• Gewebe (Köper-, Leinwand- und Atlasbindungen, komplexe frei definierte Bindungen)
• Schaumstrukturen (offen und geschlossenzellige Schäume)
• Kornstrukturen (Keramiken, Metallgefüge)
• Partikel (in gefüllten Kunstsoffen auch mit Bildung von Agglomeraten)

Alle in GeoDict erzeugten Mikrostruktur-Modelle können auch als Netz exportiert werden, um sie in anderen Softwarelösungen zu verwenden.

Bei der Entwicklung innovativer Werkstoffe, wie beispielsweise Verbundwerkstoffe, Schäume, Keramiken u.v.m., spielt die Ermittlung ihrer Eigenschaften eine große Rolle. Nur so können Werkstoffe für eine Anwendung maßgeschneidert und ihr volles Potential genutzt werden. GeoDict bietet hier passende Lösungen zur digitalen Werkstoffanalyse:

• Geometrische Eigenschaften: Porengrößenverteilungen, Faservolumengehalt, Faserdurchmesserverteilung und Faserlängenverteilung, Durchgangspfade und Analyse des Porennetzwerks, Permeabilität
• Physikalische Eigenschaften: thermische und elektrische Leitfähigkeit
• Mechanische Eigenschaften: anisotrope Steifigkeitstensor, große Verformungen, Schädigungs- und Versagensverhalten