Eine mit digitaler Simulation unterstützte Werkstoff-Auswahl kann bei der Produktion von Bauteilen und Geräten den Ausstoß von CO₂ um bis zu 40 Prozent reduzieren. Das konnten das Unternehmen für Greif- und Spanntechnik Schunk und der Simulations-Spezialist Cadfem an einem Beispiel-Projekt bei der Herstellung eines Greifers für die Industrie zeigen. Grundlage war die Simulations-Software Ansys Granta Selector, die Detail-Informationen zu mehreren tausend verschiedenen Werkstoffen beinhaltet und damit eine sehr viel größere Auswahl infrage kommender Materialien ermöglicht.

Daniel Barta, Entwicklungsingenieur bei Schunk, erläutert das konkrete Vorgehen sowie die Vorteile und Einsparmöglichkeiten. Grundsätzlich werde die Materialauswahl heute immer komplexer, gleichzeitig steigen die Anforderungen an Material, Verarbeitung und vor allem an Nachhaltigkeit. "Wir haben daher die emissionsreichsten Komponenten aus dem Greifer herausgenommen und überlegt, wie wir durch alternative Materialien und Fertigungsprozesse CO₂ einsparen können", erklärt Daniel Barta. Daraus konnten zwei vielversprechende Ansätze identifiziert werden: der Einsatz von Sekundärmaterialien mit hohem Recyclinganteil sowie der Einsatz additiver Fertigungsverfahren unter Nutzung erneuerbarer Energien kann zu einer CO₂-Einsparung im Greifer um bis zu 40 Prozent führen.

Werkstoffe als Schlüssel für Innovation und Wirtschaftlichkeit

"Werkstoffdaten sind die Grundlage für jede technische Entscheidung", betont Barta. Sie seien heute "der Schlüssel für Innovation, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit". Das Werkstoffauswahl-Tool Ansys Granta Selector mit dem zusätzlichen Berechnungsmodul EcoAudit zur Erfassung des ökologischen Fußabdrucks sei entscheidend für die Bewertung und den Vergleich der unterschiedlichen Material- und Fertigungsoptionen gewesen.

Bei Schunk habe man vor allem im Kontext der digitalen Transformation nach Möglichkeiten gesucht, die Werkstoffauswahl zu verbessern. Lange basierte sie wie in vielen Industrie- und Produktionsbetrieben noch üblich im Wesentlichen auf bisherigen individuellen Erfahrungen und etablierten manuellen Prozessen. Mit der Material-Datenbank von Ansys Granta Selector hat das Unternehmen nun unter anderem verschiedene Aluminium- oder Stahllegierungen aufgezeigt bekommen, deren Einsatz, Verarbeitung, Belastbarkeit und ökologischer Fußabdruck in der Software umfangreich getestet werden konnte – bevor sie in der tatsächlichen Produktion umgesetzt wurde.

Nachhaltige Werkstoffe sind erheblicher Wettbewerbsvorteil

"Alle Materialien können damit gezielt auf Nachhaltigkeitskriterien überprüft und die entsprechenden Werte ausgewiesen werden", so Barta. Da Kunden von Schunk ihrerseits Nachhaltigkeitsforderungen erfüllen und nachweisen müssen, seien diese objektiven Informationen ein erheblicher Wettbewerbsvorteil.

Neben dem Einsatz von Sekundärmaterialien wurde auch die Produktion durch mit erneuerbarer Energie betriebene additive Fertigungsverfahren hinsichtlich ihres CO₂-Einsparpotenzials untersucht. Auch dieser Fertigungsansatz konnte zuvor mit Hilfe von einer ökologischen Simulation analysiert und für die jeweiligen Anforderungen und verwendeten Materialien optimiert werden.

Ausweitung auf andere Unternehmensbereiche

In einem nächsten Schritt will Schunk mithilfe solcher digitaler Werkzeuge ein zentrales Werkstoffdatenmanagement aufbauen, um Kosten, Prozesseffizienz und Nachhaltigkeit auch für andere Unternehmensbereiche analysieren und optimieren zu können. Die dafür von Cadfem vertriebene Werkstoffdatenmanagement-Software Ansys Granta MI (MI für Material Intelligence) unterstützt neben der Auswahl der Werkstoffe auch Schnittstellen vom Engineering zu anderen Abteilungen mit Berührungspunkten zum Thema Material wie Einkauf, Qualitätssicherung oder Compliance. Eine solches zentrales System als digitale Informationsquelle reduziere manuelle Schritte und schaffe noch höhere Effizienz, Transparenz und Wirtschaftlichkeit über den gesamten Produktentstehungsprozess.