Aktuelle Projekte

Die Abteilung Pulverbasierte Materialentwicklung ist in verschiedene interne und externe Projekte eingebunden, u.a. im Rahmen von nationalen und EU-weiten Förderprogrammen sowie in bilaterale Projekte mit Industriepartnern. Beispiele für aktuelle finanziell geförderte Projekte sind im Folgenden gelistet.

Entwicklung eines Elektronischen Labornotizbuches für das interdisziplinäre Feld der Metallischen Biomaterialien

Zur Unterstützung der Digitalisierungsaktivitäten am Institut für Metallische Biomaterialien wird „Herbie“ entwickelt: ein Elektronisches Laborbuch mit integrierter Forschungsdatenbank. Folgende Herausforderungen müssen dabei bedacht werden:
- Herbie muss eine Bandbreite verschiedener Forschungsfelder abdecken (Materialwissenschaften, Biologie, Medizin, …)
- Daten dieser verschiedenen Bereiche müssen miteinander verknüpft werden
- Einerseits sind feste Datenstrukturen für ein FAIRes Datenmanagement, Vergleichbarkeit und einfache Nachnutzbarkeit erforderlich, andererseits
- brauchen die Forschenden Flexibilität bei der Dokumentation experimenteller Abläufe.

Herbies Hauptmerkmale sind:
- Verknüpfung unterschiedlicher Disziplinen (Materialwissenschaften, Biologie, Medizin)
- Einfache und flexible Dokumentation des Forschungsalltags, inklusive der Ablage von Bildern, Videos und weiteren Dateien
- Sehr strukturierte und maßgeschneiderte Protokolle für standardisierte Prozesse im Labor
- Daten und Proben können innerhalb des Journals referenziert werden
- Herbie hilft, eine reichhaltige und vernetzte Datenbasis zu erhalten

Der Herbie Softwarecode inklusive Dokumentation wird bald als Open Source veröffentlicht und der Link zum entsprechenden GitHub Repositorium wird hier zur Verfügung gestellt. Bis dahin kontaktieren Sie uns gern, falls Sie mehr über Herbie erfahren oder herausfinden wollen, ob Herbie auch für Ihre Forschung geeignet ist.

Multiphysik Simulation des Sinterprozesses von biodegradierbaren Magnesium Implantaten

Schlüsselfragen für die Anwendung von Magnesiumlegierungen für biodegradierbare Implantate sind, wie die Degradationsrate zu steuern ist und wie beste mechanische Eigenschaften gewährleistet werden können. Das Sintern, wie es in unserer Abteilung angewandt wird, eröffnet sehr flexible Möglichkeiten, um beide Eigenschaften einzustellen. Dafür ist es aber unabdingbar, die Beeinflussung von Mikrostruktur und Eigenschaften durch den Sinterprozess genau zu verstehen. Immer, wenn neue Magnesiumlegierungen gesintert werden, ist es nötig, die Prozessparameter zu bestimmen, was zeitintensive und teure Experimente erfordert. Der Ersatz dieser Experimente bei günstigeren und schnelleren Computersimulationen ist daher ein Schlüsselziel dieses Projekts. Um dieses Ziel zu erreichen, entwickeln wir ein effizientes multiskales numerisches Framework, in dem mehrere Modellierungsansätze kombiniert werden, um maximale Flexibilität, Genauigkeit und Leistung zu erzielen.

Die Haupteigenschaften des entwickelten Frameworks sind:

- Flexibilität in Bezug auf die Auswahl der Geometrie sowohl der Proben als auch der individuellen Partikeln.
- Eine effiziente Strategie zur Modellkalibrierung, die ein leichtgewichtiges elementares 2-Partikel-Modell anwendet, um die Diffusionsparameter eines Materials aus experimentellen Daten zu extrahieren.
- Hohe Effizienz, dank der Kombination von verschiedenen Modellen, die für die Beschreibung unterschiedlicher Sinterstadien angewendet werden: Die Diskrete Elemente Methode wird für die frühen Sinterstadien verwendet, während die Phasenfeld-Technik, implementiert mit der Finite Elemente Methode, die späteren Zustände beschreibt.
- Die theoretische Genauigkeit des Phasenfeld-Modells, das Mechanik und Thermodynamik auf Basis der Kontinuumsphysik koppelt.
- Präzise Erfassung von Halswachstum, Schrumpf und Kornwachstum.
- Experimentelle Validierung der numerischen Simulationen.
- Hohe rechnerische Leistungsfähigkeit dank der Benutzung von C++, deal.ii Bibliothek und MPI Parallelisierung.

Für weitere Details der sich in Entwicklung befindlichen numerischen Werkzeuge kontaktieren Sie uns gerne. Die Arbeit erfolgt in enger Kooperation mit dem Hereon Institut für Werkstoffsystem-Modellierung.