Parempia materiaaleja nopeammin markkinoille laskennallisten menetelmien avulla
Tulevaisuuden materiaalit löydetään, kehitetään, testataan ja optimoidaan laskennallisia menetelmiä hyödyntäen. Anssi Laukkanen kehitti väitöskirjatyössään menetelmiä ohutkalvojen ja komposiittipinnoitteiden mallinnusavusteiseen suunnitteluun.
Uusia materiaaleja kehitetään ja saadaan markkinoille edelleen pääosin empiirisesti yrityksen ja erehdyksen kautta. Materiaalien kehitys on hidasta ja kallista, eikä materiaaleja kyetä suunnittelemaan tai optimoimaan tiettyyn käyttötarkoitukseen. Tehoa kehitystyöhön saadaan laskennallisten menetelmien käytöllä.
– Laskennallisten menetelmien hyöty näkyy mahdollisuutena optimoida ja luoda täysin uusia materiaaliratkaisuja virtuaalisia ympäristöjä ja malleja hyödyntäen. Markkinoille saadaan näin suoritus- ja kilpailukykyisempiä materiaaleja merkittävästi nykyistä nopeammin, TTY:llä marraskuussa väitellyt Anssi Laukkanen kertoo.
Laukkanen kehitti väitöskirjassaan laskennallisen materiaalitieteen ja -tekniikan menetelmäkokonaisuuden, jolla voidaan tarkastella materiaaleja ja niiden käyttäytymistä erittäin yksityiskohtaisesti ja realistisesti aina niiden mikrorakenteesta sovellusympäristöihin asti. Menetelmillä voidaan löytää uusia materiaaleja, suorittaa materiaalien virtuaalitestausta tai esimerkiksi arvioida materiaaliratkaisun elinikää monimutkaisissa kuormitusympäristöissä.
– Virtuaalimalleja hyödyntämällä materiaaleja voidaan tarkastella suorituskykypohjaisesti. Niiden avulla on mahdollista löytää ja kehittää materiaaleja sovellusympäristön vaatimuksiin eikä ainoastaan valita materiaaleja olemassa olevista vaihtoehdoista, Laukkanen sanoo.
Laskennallinen materiaalitekniikka on Laukkasen mukaan viimeisen viiden vuoden aikana löytänyt hyvän tasapainon kokeellisten menetelmien ja mallinnuksen välille. Nyt voidaan kehittää täysin eri lähtökohdista uusia materiaaliratkaisuja ja optimoida ensimmäistä kertaa kunnolla materiaaleja sovelluskohteiden tarpeisiin. Materiaalit myös saadaan nopeammin markkinoille.
Anssi Laukkanen käytti tutkimuksessaan kulutusta kestävien materiaalien mikromekaniikkaan soveltuvia materiaalimallinnuksen menetelmiä ja otti huomioon myös käytännön teollisten sovellusten tarpeet.
– Viime vuosina kehitetyt mallinnustavat mahdollistavat materiaalien ja niiden käyttäytymisen kuvaamisen ennennäkemättömällä tarkkuudella virtuaalimallien avulla. Lähitulevaisuudessa on mahdollista hyödyntää myös koneoppimista ja keinoälyä sovelluksissa, jotka liittyvät materiaaliratkaisujen optimointiin ja uusien materiaalien luomiseen laskennallisten menetelmien keinoin, Laukkanen kertoo.
