Von der Anforderung zum realen Material: Wie Norck KI-gestützte Materialentdeckung ins Engineering bringt

Jedes Entwicklungsteam stößt irgendwann an eine Grenze, die das Material selbst setzt. Eine Batterie kann nur so viel Energie speichern, wie es ihre Kathode zulässt. Ein Turbinenbauteil kann nur so heiß betrieben werden, wie es seine Beschichtung übersteht. Die Leistung eines Magneten hängt von den Seltenen Erden ab, die er enthält – und von deren Verfügbarkeit.

Diese Grenzen zu durchbrechen, bedeutete bisher jahrelanges Ausprobieren nach dem Prinzip Versuch und Irrtum: bekannte Materialien eines nach dem anderen testen und hoffen, dass eines passt. Dieser Prozess ist langsam, teuer und auf das beschränkt, was es bereits von der Stange gibt.

KI verändert den Ausgangspunkt. Statt zu fragen: „Welches vorhandene Material kommt dem am nächsten?“, können wir jetzt fragen: „Welches Material würde genau das liefern, was dieses Produkt braucht?“ – und gezielt danach suchen.

Im Mittelpunkt unseres neuen Service steht MS Lattice, eine proprietäre KI-gestützte Engine zur Materialentdeckung, die von MatterSpace entwickelt wurde. Norck hat MS Lattice lizenziert und in unsere Ingenieur- und Fertigungsdienstleistungen integriert.

MS Lattice arbeitet nach dem Prinzip des inversen Designs. Statt von einem bekannten Material auszugehen und zu fragen, was es leisten kann, geht die Engine von den Eigenschaften aus, die Ihr Produkt braucht, und sucht rückwärts nach Materialstrukturen, die diese liefern könnten. Drei Fähigkeiten machen diese Suche möglich:

• Adaptive Suche: Jede Ergebnisrunde bestimmt, wo die nächste Runde sucht – so folgt die Suche den Erkenntnissen statt einem starren Plan.
• Physikbasierte Bewertung: Jeder Kandidat wird anhand der Eigenschaften bewertet, die für Ihre Anwendung entscheidend sind.
• Strukturierte Validierung: Die besten Kandidaten werden in dokumentierten Stufen geprüft, bevor sie in die nächste Phase gehen.

Zudem hält die Engine eine vielfältige Auswahl starker Kandidaten bereit statt nahezu identischer Varianten einer einzigen Materialfamilie und bleibt dabei innerhalb der Chemie und der Grenzen des jeweiligen Bereichs. Das Ergebnis ist eine Auswahlliste, die auf Ihr Produkt zugeschnitten ist – mit nachvollziehbaren Belegen für jeden Kandidaten.

Nicht jedes Projekt braucht ein völlig neues Material. Deshalb bietet der Service zwei Wege:

Optimierung bestehender Materialien. Wir gehen von dem Material aus, das Sie bereits verwenden, und verbessern seine Leistung und seine Eignung für Ihre technischen Anforderungen. Für viele Produkte ist das der direkteste Weg zu besseren Ergebnissen.

Entdeckung bahnbrechender Materialien. Wenn heutige Materialien einfach nicht ausreichen, suchen wir darüber hinaus nach neuen Materialien mit neuen Eigenschaften und neuem Potenzial. Das Ziel sind Lösungen, die Ihre Branche über ihre aktuellen technischen Grenzen hinausbringen können.

Jedes Materialprojekt bei Norck beginnt damit, zwei Dinge voneinander zu trennen:

• Anforderungen sind die technischen Vorgaben, die Ihr Material erfüllen muss: die Grenzen, die ein Kandidat nicht überschreiten darf. Die Suche ist darauf ausgelegt, Kandidaten zu finden, die sie erfüllen.
• Präferenzen sind die Eigenschaften, die Sie so weit wie möglich ausreizen möchten, etwa ein geringeres Gewicht, eine höhere Effizienz oder eine bessere Stabilität. Sie werden zusätzlich zu Ihren Anforderungen optimiert, nie auf deren Kosten.

Diese Unterscheidung hält die Suche auf das fokussiert, was Ihr Produkt wirklich braucht, und strebt dennoch die bestmögliche Leistung an.

Was diesen Service unterscheidet: Er hört nicht bei einem vielversprechenden Ergebnis auf dem Bildschirm auf. Ein Materialmodell ist ein Ausgangspunkt, kein Ergebnis. Unser Prozess verbindet die rechnergestützte Entdeckung mit der physischen Welt:

1. Definieren. Sie teilen uns die benötigten Eigenschaften, Ihre Anforderungen und Ihre Präferenzen mit.
2. Entdecken und optimieren. Mit MS Lattice suchen, entwerfen und optimieren wir Materialkandidaten rechnergestützt.
3. Auswählen. Die besten Kandidaten werden anhand Ihrer Anforderungen und Zieleigenschaften ausgewählt.
4. Synthetisieren und validieren. Die Kandidaten werden synthetisiert und auf Herstellbarkeit, Stabilität und die erwarteten Eigenschaften geprüft.
5. Bewerten und iterieren. Ergebnisse aus der Praxis fließen zurück in das Design. Wenn ein Kandidat nicht überzeugt, verfeinern wir ihn und versuchen es erneut.
6. Material herstellen. Erfolgreiche Materialien gehen bei qualifizierten Fertigungspartnern in die Produktion – ob Metalllegierung, Batteriematerial, Magnet oder ein anderes fortschrittliches Material.
7. Bauteil fertigen. Bei Bedarf fertigen wir aus dem neuen Material Ihr fertiges Bauteil oder Produkt.
8. Liefern. Sie erhalten je nach Leistungsumfang eine validierte Materiallösung, produziertes Material oder fertige Bauteile.

Materialentdeckung ist von Natur aus iterativ, und wir haben den Service genau darauf ausgerichtet. Kandidaten werden getestet, Ergebnisse bewertet und Designs verfeinert, bis das Material bereit für den Einsatz in der Praxis ist.

MS Lattice deckt elf Materialbereiche ab, jeder mit eigenen Materialgruppen, Zielgrößen und Ausgangspunkten. Zusammen umfassen sie viele der Materialien, auf denen die anspruchsvollsten Technologien von heute beruhen.

Einige Beispiele dafür, welche Möglichkeiten sich dadurch eröffnen:

• Energiespeicherung: Batterieteams können Kathoden und Festelektrolyte für Lithium-, Natrium- und Festkörperbatterien der nächsten Generation erforschen.
• Extreme Umgebungen: Ingenieure aus der Luft- und Raumfahrt und dem Energiesektor können nach Wärmedämmschichten und Ultrahochtemperatur-Keramiken suchen, die Bauteile bei großer Hitze schützen.
• Versorgungssicherheit: Magnetentwickler können Designs mit geringerer Abhängigkeit von Seltenen Erden erforschen.
• Leichtbau mit hoher Festigkeit: Teams aus der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt können leichte und refraktäre Hochentropie-Legierungen untersuchen.

Das Design von Polymeren selbst gehört derzeit nicht zum Leistungsspektrum; bei Keramik-Polymer-Verbundwerkstoffen konzentriert sich die Suche auf den keramischen Füllstoff. Wenn Ihr Bedarf in keinen Bereich passt, sagen wir Ihnen das vorab, bevor ein Projekt beginnt.

Das ist mehr als ein neuer Leistungsbereich. Es verändert, an welcher Stelle Norck in Ihren Produktentwicklungsprozess einsteigt und was Sie von einem einzigen Partner erwarten können:

• Wir steigen früher ein. Statt erst dazuzukommen, wenn die Konstruktion fertig ist, kann Norck jetzt schon bei der allerersten Frage helfen: Woraus soll dieses Bauteil bestehen?
• Ein Partner, vom Material bis zum Bauteil. Materialentdeckung, Validierung, Materialproduktion und Bauteilfertigung sind üblicherweise getrennte Leistungen, die von einem Team an das nächste übergeben werden. Bei Norck werden sie als ein durchgängiger Prozess gesteuert.
• Ergebnisse statt Dateien. Sie erhalten nicht nur eine Liste von Kandidaten auf dem Bildschirm. Sie erhalten Materialien, die getestet, validiert und auf Ihre Anforderungen abgestimmt sind.
• Suchen, die auf Ihr Produkt zugeschnitten sind. Anforderungen und Präferenzen werden für Ihre Anwendung definiert, sodass die Suche gezielt auf das ausgerichtet ist, was Ihr Produkt wirklich braucht.
• Ein größerer Suchraum. Mit KI-gestützter Suche können Teams über die vertraute Auswahl an Materialien hinausblicken und Optionen in Betracht ziehen, auf die sie allein durch Versuch und Irrtum möglicherweise nicht gekommen wären.
• Vertraulich vom ersten Tag an. Projekte können ab dem ersten Gespräch unter einer Geheimhaltungsvereinbarung (NDA) laufen.

Eine neue Stahllegierung zu entwickeln, ist eine Aufgabe. Ihr Bauteil daraus spanend zu fertigen, eine andere. Nicht jedes Projekt braucht beides – deshalb wählen Sie den Leistungsumfang, der zu Ihrem Programm passt:

Norck steuert den Prozess über alle Schritte hinweg, die Sie wählen. Bei hochspezialisierten Materialien und Bauteilen koordinieren wir die Produktion mit spezialisierten Herstellern, die über genau die passenden Kompetenzen verfügen. Und wenn es darum geht, aus dem Material Bauteile zu fertigen, kommt unsere Erfahrung in der CNC-Bearbeitung, der Blechbearbeitung und im 3D-Druck ins Spiel.

Der Service richtet sich an Organisationen in Europa und den USA, die groß angelegte F&E-Programme vorantreiben und die Grenzen dessen verschieben, was Materialien leisten können: in der Luft- und Raumfahrt, Raumfahrttechnik, Verteidigung, Automobilindustrie, Energiewirtschaft, Batterietechnologie und fortschrittlichen Fertigung sowie im High-Tech-Engineering und in der F&E.

Für viele dieser Teams ist das erste Projekt eine fokussierte F&E- oder Materialentwicklungsstudie. Ist sie erfolgreich, kann daraus ein größeres, langfristiges Industrieprogramm werden.

Seit Jahren hilft Norck Unternehmen dabei, Konstruktionen in Präzisionsteile umzusetzen. Mit KI-gestützter Materialentdeckung können wir jetzt mitgestalten, woraus diese Bauteile bestehen – und das Ergebnis bis in die physische Welt tragen.

Es ist ein Schritt von der Fertigung hin zu fortschrittlichem Engineering und F&E – und wir freuen uns darauf, ihn gemeinsam mit unseren Kunden zu gehen.

Haben Sie eine Materialherausforderung? Sagen Sie uns, was Ihr Produkt braucht. Unser Team prüft Ihre Anforderungen und schlägt den passenden Leistungsumfang vor.

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