Multidisziplinäre Designoptimierung

Wir unterstützen Industrie- und Forschungspartner dabei, die strukturelle Leistungsfähigkeit gegenüber ballistischem Impakt, Crash und Explosionsbelastung zu verbessern, indem wir hochoptimierte energieabsorbierende Komponenten entwickeln – ermöglicht durch fortschrittliche additive Fertigung und numerische Designoptimierung.

Designfreiheit trifft physikalische Randbedingungen

Die additive Fertigung bietet eine beispiellose Designfreiheit und ermöglicht komplexe Geometrien und multifunktionale Strukturen, die mit herkömmlichen Fertigungsverfahren nur schwer oder gar nicht zu realisieren sind. Dies eröffnet Möglichkeiten für leistungsstärkere und kompaktere Komponenten, funktionale Integration und Gewichtsreduzierung in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen.

Die Gruppe Additive Design & Manufacturing des Fraunhofer EMI ist auf die multidisziplinäre und topologische Optimierung sicherheitskritischer Strukturen unter komplexen Belastungsszenarien spezialisiert. Ein Schwerpunkt liegt auf nichtlinearen Optimierungsansätzen für dehnratenabhängige Belastungen wie Crash-, Explosions- und ballistische Einwirkungen, bei denen herkömmliche lineare Annahmen nicht ausreichen. Unser Ziel: die Bereitstellung leistungsstarker, leichter und robuster Komponenten, die den realen funktionalen und physikalischen Anforderungen gerecht werden.

Zu unseren Kompetenzen in der konstruktiven Optimierung gehören:

• Multiphysik-basierte Topologieoptimierung
• KI-gestützte generative Design-Workflow
• Optimierungsstrategien für dehnratenabhängige dynamische Belastungen
• Robuste Konstruktionsmethoden einschließlich Materialversagensmodellierung
• Integration von Arbeitsabläufen in kommerzielle Software

Diese Methoden ermöglichen es uns, Strukturen zu entwerfen, die Leichtbaueffizienz mit mechanischer Robustheit verbinden, selbst bei nichtlinearem Materialverhalten oder unerwarteten Überlastbedingungen.

Anwendungsbeispiel: Satellitenstrukturen

Bei der Nanosatellitenmission ERNST haben wir eine multidisziplinäre Topologieoptimierung angewendet, um eine optische Bank zu entwerfen, die thermischen, mechanischen und schwingungstechnischen Anforderungen unterliegt. Das Ergebnis: eine gewichtsoptimierte Struktur, die alle Leistungsgrenzen einhält, die Missionsfunktion zuverlässig unterstützt und gleichzeitig die Startmasse reduziert.

Robustheit durch intelligente Optimierung

Topologieoptimierungen basieren häufig auf idealisierten linearen Annahmen, die kritische Versagensmechanismen wie plastische Verformung oder Rissbildung nicht berücksichtigen. Unsere robusten Optimierungsalgorithmen binden nichtlineare Materialmodelle und redundante Lastpfade ein und verbessern so die Ausfallsicherheit unter unvorhergesehenen Belastungen.

Arbeiten Sie mit uns zusammen

Wir entwickeln und implementieren eigene Optimierungsmethoden – von nichtlinearen FEM-basierten Algorithmen bis hin zu robusten, KI-gestützten Arbeitsabläufen – und integrieren diese in kommerzielle Softwaretools und maßgeschneiderte Designumgebungen. Kombinieren Sie unser Know-how in den Bereichen multiphysikalisches Design, additive Fertigung und Materialmodellierung, um Hochleistungsstrukturen zu realisieren, die auf Ihre Anwendung zugeschnitten sind. Wir freuen uns darauf, mit Ihnen die Zukunft zu gestalten.