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Digitale Zwillinge

DigitalerZwilling

Bild: Digitaler Zwilling. Hereon/N. Huber

Digitale Zwillinge von Materialien sind umfassende virtuelle Modelle, die insbesondere auch innere Prozesse sowie Interaktionen der Materialien mit der Umgebung, etwa bei Herstellung oder im Einsatz, erfassen. Damit liefern sie Einblicke, die häufig in der Realität so nicht oder nur mit großem Aufwand zu bekommen sind. Am nächsten kommt dem digitalen Zwilling somit ein In-Situ-Experiment, weshalb die Kombination von beiden Techniken außerordentlich wertvolle Beiträge zur Entwicklung digitaler Zwillinge leistet. Am Hereon werden digitale Zwillinge für die Unterstützung der Materialentwicklung und Interpretation von Experimenten u.a. für metallische Biomaterialien, nanoporöse Metalle und Wasserstoffspeichersysteme entwickelt.

JL-VMD-DigTwin-NanoporousMetal

Bild: Digitaler Zwiling Nanoprosöses Metal. Hereon/N. Huber

Workflow for dimensionality reduction of complex microstructure-property relationships for nanoporous metals under uniaxial compression and nanoindentation. Source: N. Huber, Materials 2021, 14(8), 1822. Publikation:

DigTwin_BiologicalTissue

Bild: Machine learning architecture for identifying chemical compounds for modulating magnesium corrosion in a tailor-made way. Hereon/E. Schiessler

Predicting the inhibition efficiencies of magnesium dissolution modulators using sparse machine learning models. Source: mehr

JL-VMD-DigZw-Steglich

Foto: Digitaler Zwilling für abbaubare Magnesiumimplantate. hereon/D. Steglich

Magnesiumlegierungen haben als biologisch abbaubare Materialien zunehmendes Interesse auf sich gezogen, insbesondere wegen ihrer möglichen Anwendung als orthopädische Implantate. Die Degradation der Implantate wird durch einen korrosiven Prozess verursacht, während dessen sich die mechanische Festigkeit des Implantats verringert. Die Kontrolle, Steuerung und idealerweise Vorhersage dieses Prozesses ist für die klinische (patientenspezifische) Anwendungen von großer Bedeutung. In einem kombinierten experimentell-numerischen Ansatz werden die Herstellung von Implantaten durch Sintern (oben links), die Korrosion in physiologischer Umgebung (unten links) und die Restfestigkeit des Implantats (rechts) mithilfe von Phasenfeldmethoden, Peridynamik und Schadensmechanik numerisch abgebildet. Somit bildet dieser digitale Zwilling alle Stadien von der Herstellung bis zu Korrosion und Einsatz im Computer nach und schafft so eine Grundlage für die virtuelle Materialentwicklung.