Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »GlasAgent«
Die Glasindustrie steht unter doppeltem Innovationsdruck: Sie muss Kosten und Emissionen reduzieren und gleichzeitig Materialien für Anwendungen liefern, die immer komplexer werden. Sensorik, Medizintechnik oder optische Systeme für den Defense-Sektor benötigen Gläser, deren Verhalten sich genau kontrollieren lässt. Die Entwicklung solcher Werkstoffe bindet Zeit und Ressourcen und erreicht mit klassischen Methoden oft ihre Grenzen.
Im Forschungsprojekt »GlasAgent« entsteht ein KI-gestütztes Assistenzsystem, das die Entwicklung neuer Gläser automatisiert und ökologisch und wirtschaftlich optimiert. Der namensgebende GlasAgent nutzt Simulationen und künstliche Intelligenz, um automatisch die optimale Glaszusammensetzung und die geeigneten Herstellungsprozesse zu ermitteln. Dabei verbindet der GlasAgent ökologische Ziele mit industriellen Anforderungen und unterstützt Unternehmen dabei, Gläser gezielt und ressourcenschonend zu gestalten. Um den GlasAgent zu testen, werden drei reale Glasdemonstratoren hergestellt und ihre Eigenschaften verifiziert.
Der GlasAgent: Digitale Assistenz für die Glasentwicklung
Der GlasAgent arbeitet über eine Chatbot-Oberfläche. Nutzerinnen und Nutzer beschreiben ihre Anwendung, und das System greift auf eine umfassende Wissensbasis zu: Es analysiert Daten, wählt geeignete Werkzeuge aus und empfiehlt Rezepturen, Prozessschritte und Optimierungspfade. Gleichzeitig bewertet der GlasAgent, wie Unternehmen recycelte Rohstoffe trotz schwankender Zusammensetzungen verlässlich nutzen können. Er zeigt Wege auf, um Materialkreisläufe zu schließen, ohne Funktionalität einzubüßen.
Die Grundlage bildet eine Glasontologie, die im Vorgängerprojekt »GlasDigital« entstand. Sie führt Wissen aus Publikationen, Patenten, offenen Datenquellen, etablierten Datenbanken und realen Fertigungsprozessen zusammen. Im aktuellen Forschungsprojekt erweitert das Projektteam diese Ontologie deutlich: Sie integriert zusätzlich Daten über industrielle Rohstoffe, Analyse- und Herstellungsverfahren, simulationsgestützte Modelle sowie Aspekte des Glasrecyclings. Damit entsteht eine robuste Wissensbasis, die moderne Glasherstellung realistisch abbildet und belastbare Empfehlungen ermöglicht.
Simulationsgestützte Glasspezifikation
Das Arbeitspaket des Fraunhofer IPT umfasst die Definition der Eigenschaften für anspruchsvolle optoelektronische Anwendungen sowie deren Fertigung und Charakterisierung.
Die Forschenden des Fraunhofer IPT definieren dafür zunächst die Anforderungen verschiedener Anwendungen, die sich mit bestehenden Glastypen nicht umsetzen lassen. Auf dieser Grundlage modelliert das Team die benötigten Materialparameter. Die Simulationen stützen sich auf präzise charakterisierte Referenzgläser und nutzen integrierte Optimierungsalgorithmen, die geeignete Eigenschaftsprofile bestimmen. Diese Ergebnisse fließen in den GlasAgent ein und erweitern dessen Fähigkeit, anwendungsnahe Materialempfehlungen zu generieren.
Im nächsten Schritt wird die Glasentwicklungsmethode mit drei realen optischen Demonstratoren validiert. Das Team des Fraunhofer IPT fertigt die Gläser mittels Präzisionsglasumformung und unterzieht sie anschließend einer umfassenden Charakterisierung. Tests unter realen Einsatzbedingungen prüfen Umformqualität, optische Leistung, thermische Stabilität und chemische Beständigkeit. So zeigt sich, ob die neu entwickelten Gläser die zuvor definierten Anforderungen zuverlässig erfüllen.
Das Arbeitspaket erweitert die Grenzen der Glastechnologie und schafft eine Grundlage für Werkstoffe, die Anforderungen erfüllen, die heutige Materialien nicht abdecken. Nutzerinnen und Nutzer erhalten damit die Möglichkeit, gezielt nach Gläsern zu suchen, die definierte Eigenschaften besitzen – etwa einen bestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten oder eine hohe Abbe-Zahl für kompakte optische Designs.
Ergebnisse und Nutzen des Gesamtprojekts
Am Projektende stehen nicht nur Softwarelösungen, sondern auch physische Demonstratoren, die mithilfe des GlasAgent gefertigt wurden. Alle Demonstratoren werden zudem als digitale Zwillinge abgebildet und stehen dem GlasAgent als neue Datenbasis zur Verfügung. Damit entsteht ein modulares, datenbasiertes Ökosystem für die Glasentwicklung, das industrielle Anforderungen mit ökologischen Zielgrößen verknüpft und eine neue Entwicklungsdynamik für nachhaltige Spezialgläser schafft.
Einige relevante Fragestellungen im Überblick
Der GlasAgent unterstützt Unternehmen bei der schnellen Auswahl und Entwicklung spezialisierter Gläser. Über die Chat-Oberfläche lassen sich konkrete Fragen beantworten, zum Beispiel:
»Welche Gläser bleiben bei einer Dauerbetriebstemperatur von 250 °C optisch stabil?«
»Empfiehl mir Materialien für ein kompaktes optisches System mit einer Abbe-Zahl über 50!«
»Welcher Formgebungsprozess eignet sich am besten für eine Linse mit geringer Doppelbrechung?«
»Wie kann ich 30% Recyclingglas einsetzen, ohne die Langzeitstabilität zu gefährden?«
Projektpartner
- Schott AG, Mainz (Koordination)
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- GTT Gesellschaft für Technische Thermochemie und -physik mbH, Herzogenrath
- LTB Lasertechnik Berlin GmbH
- PRALL-TEC GmbH, Lengerich
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM, Berlin
- TU Clausthal, Institut für Nicht-metallische Werkstoffe TUC
- FSU Jena, Otto-Schott-Institut für Materialforschung OSIM
- Universität Rostock, Center for Life Science Automation CELISCA
Assoziierter Partner
Max-Planck-Institut für nachhaltige Materialien MPI-SusMat, Düsseldorf