Sun Aug 18 2019

08 18

Digitale tweeling voor materialen

04/12/2018

Door Ad Spijkers

Door productiesystemen digitaal aan elkaar worden te knopen kan je veel betere materialen produceren. Maar dan moeten veranderingen wel worden gemeten, geanalyseerd en worden weergegeven in een zogeheten digitale materiaaltweeling.


     

Als een compleet onderdeel van de band komt, moet het de gewenste eigenschappen hebben. Kleine schommelingen in de productie kunnen voldoende zijn om materiaaleigenschappen te veranderen en daarmee de functionaliteit van het onderdeel te beïnvloeden. Daarom worden parallel aan de productie steeds monsters genomen, uit elkaar gehaald en nauwkeurig onderzocht. Dat kost veel tijd.

Een proefstuk kent veel facetten, elk met hun eigen testresultaten. Deskundigen van het Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) in Freiburg hebben deze samenhangen in hun hoofd, maar tot nu toe was het niet mogelijk de resultaten in hun verschillende formaten beschikbare data samenhangend digitaal weer te geven.

Digitale tweeling

De onderzoekers hebben een voorbeeld-materiaaldatabank voor additief vervaardigde proeflichamen ontwikkeld. Met dit concept kunnen ze elke soort materiaalinformatie in digitale netwerken integreren, mede in het kader van Industrie 4.0. Uit de materiaaldatabank willen ze geautomatiseerd van elk materiaal een digitale tweeling creëren, die steeds de actuele toestand van het beschouwde materiële object beschrijft.

Tot nu toe werden eigenschappen in verschillende databestanden en in verschillende dataformaten opgeslagen, wat het moeilijk maakte verschillende materiaaleigenschappen met elkaar te vergelijken. De nieuwe materiaaldatabank stelt alle relevante parameters in één oogopslag beschikbaar. Sterker nog, de materiaaldatabank zou het productiegeheugen van de komende jaren kunnen worden.

Wanneer de onderdeelkwaliteit niet zoals gewenst is, zou men dat in de materiaaldatabank kunnen vergelijken met eerdere onderdelen. Ook kan worden bekeken of het onderdeel nog kan worden gebruikt of dat het moet worden afgekeurd. Deze resultaten zouden in de toekomst automatisch in industriële beslissingsprocessen kunnen worden ingebracht. Is de materiaalkwaliteit onvoldoende, kan wordt automatisch de productie stilgelegd.

Materiaalontologieën

Om de materiaaldatabank op te bouwen en de heterogene materiaaldata te kunnen beheren, is een passend informatiemodel nodig. Dit model weerspiegelt de natuurlijk materialenwereld, waarin de materiaaltoestanden en -eigenschappen in bepaalde categorieën worden ingedeeld. Daarbij vertrouwen de onderzoekers op ontologieën, een logische hiërarchische structuur.

Deze kan het beste worden verklaard aan de hand van een sociaal netwerk, bijvoorbeeld Facebook. De afzonderlijke mensen worden hierin als knooppunten weergegeven. Deze hebben verbindingen, bijvoorbeeld over hun muzikale smaak. De onderzoekers maken semantische verbindingen tussen de afzonderlijke materiële objecten en de bijbehorende verwerkingsprocessen. Bovendien zijn er nog onderlinge betrekkingen. Wat de vriendschappen bij Facebook zijn, zijn in de materiaaldatabank gegevens over het chronologisch verloop van de productie- of bewerkingsstappen, zoals 'komt uit het additieve productieproces' of 'deze laser neemt deel aan het 3D printproces'.

Het demonstratiemodel voor additief vervaardigd metaal omvat de proefstukproductie, de materiaalkarakterisering en de aansluitende data-analyse respectievelijk bepaling van materiaaleigenschappen. Op grond van de logica van het aan de basis liggende structuurmodel kunnen zeer complexe vragen aan de databank worden gesteld, die met klassieke databanken niet mogelijk zijn