Digitale Werkstoffauswahl senkt CO₂-Emissionen bei Schunk

Eine digital gestützte Werkstoffauswahl kann den CO₂-Fußabdruck industrieller Produkte deutlich verringern. Schunk und Cadfem haben am Beispiel eines Greifers untersucht, wie sich alternative Werkstoffe und Fertigungsverfahren auf die entstehenden Emissionen auswirken. Das Ergebnis: Durch den Einsatz von Sekundärmaterialien und additiver Fertigung mit erneuerbarer Energie ließen sich die CO₂-Emissionen des untersuchten Greifers um bis zu 40 Prozent reduzieren.

Für die Analyse nutzten die Unternehmen die Simulationssoftware Ansys Granta Selector. Sie enthält technische und ökologische Daten zu mehreren Tausend Werkstoffen und ermöglicht es, unterschiedliche Materialien und Fertigungsoptionen bereits während der Produktentwicklung miteinander zu vergleichen.

Emissionsintensive Komponenten gezielt analysieren

Die Anforderungen an Werkstoffe steigen: Neben mechanischen Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und Kosten gewinnt der ökologische Fußabdruck an Bedeutung. Schunk analysierte deshalb zunächst die emissionsintensivsten Komponenten des Greifers. Anschließend untersuchten die Projektpartner, ob sich deren CO₂-Bilanz durch andere Materialien oder Fertigungsverfahren verbessern lässt.

Dabei identifizierten sie zwei wesentliche Ansätze: den Einsatz von Sekundärmaterialien mit hohem Recyclinganteil sowie die additive Fertigung unter Nutzung erneuerbarer Energien. Zusammen ergaben diese Optionen für den untersuchten Greifer ein CO₂-Einsparpotenzial von bis zu 40 Prozent.

Werkstoffdaten unterstützen technische und ökologische Entscheidungen

Für die Bewertung der unterschiedlichen Varianten nutzte Schunk neben Ansys Granta Selector das Berechnungsmodul Eco Audit. Damit lassen sich die ökologischen Auswirkungen von Werkstoffen und Fertigungsprozessen erfassen und vergleichen.

Die Werkstoffauswahl basierte zuvor überwiegend auf individuellen Erfahrungen und etablierten manuellen Abläufen. Die digitale Materialdatenbank erweitert die Entscheidungsgrundlage: So konnten verschiedene Aluminium- und Stahllegierungen hinsichtlich ihrer Eigenschaften, Verarbeitung, Belastbarkeit und ihres ökologischen Fußabdrucks bewertet werden, bevor eine Umsetzung in der Produktion erfolgte.

Sekundärmaterial und additive Fertigung im Vergleich

Sekundärmaterialien können durch ihren hohen Recyclinganteil den Bedarf an Primärrohstoffen und die damit verbundenen Emissionen reduzieren. Ob ihr Einsatz technisch sinnvoll ist, hängt jedoch von den geforderten Werkstoffeigenschaften, der Belastung des Bauteils und dem jeweiligen Fertigungsprozess ab. Die digitale Werkstoffauswahl ermöglicht es, diese Faktoren gemeinsam zu betrachten.

Zusätzlich untersuchten Schunk und Cadfem das CO₂-Einsparpotenzial additiver Fertigungsverfahren. Dabei wurde insbesondere berücksichtigt, wie sich der Einsatz erneuerbarer Energie auf die Umweltbilanz des 3D-Drucks auswirkt. Die ökologische Simulation diente dazu, Fertigungsweg und Werkstoff auf die Anforderungen des Greifers abzustimmen.

Nachweisbare Werkstoffdaten für Kundenanforderungen

Die systematische Erfassung von Nachhaltigkeitskennwerten erleichtert es, unterschiedliche Materialien anhand objektiver Daten zu vergleichen. Für Schunk sind diese Informationen auch deshalb relevant, weil Kunden zunehmend eigene Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllen und die Umweltwirkungen eingesetzter Produkte und Komponenten dokumentieren müssen.

Digitale Werkstoffdaten können damit nicht nur technische Entwicklungsentscheidungen unterstützen, sondern auch Informationen für Einkauf, Qualitätssicherung und Compliance bereitstellen.

Zentrales Werkstoffdatenmanagement als nächster Schritt

Schunk plant, die digitale Werkstoffauswahl zu einem zentralen Werkstoffdatenmanagement auszubauen. Ziel ist es, Kosten, Prozesseffizienz und Nachhaltigkeit auch in weiteren Unternehmensbereichen gemeinsam analysieren zu können.

Hierfür soll Ansys Granta MI eingesetzt werden. Die Werkstoffdatenmanagementsoftware unterstützt neben der Materialauswahl auch den Informationsaustausch zwischen Engineering, Einkauf, Qualitätssicherung und Compliance. Eine zentrale Datenbasis kann manuelle Arbeitsschritte reduzieren und die Transparenz entlang des Produktentstehungsprozesses erhöhen.

(Quelle: Cadfem)