Topologieoptimierung für Leichtbaukonstruktionen

Was wir tun

Wir nutzen Topologieoptimierung, um nicht-funktionale Masse zu entfernen, während Steifigkeit, Festigkeit und Fertigbarkeit erhalten bleiben. Von Halterungen und Rahmen über Robotergreifer bis hin zu Gehäusen entwickeln wir Leichtbauteile, die FEA-Checks bestehen – und übergeben saubere, fertigungsreife CAD-Modelle statt nur eines Meshes.

Zielergebnisse

  • Gewichtsreduzierung im Bereich von ca. 20–60 % bei gleicher oder höherer Steifigkeit und Festigkeit

  • Verifizierte Sicherheitsfaktoren und modale Zielgrößen, sodass keine neuen Resonanzen eingeführt werden

  • Konstruktionen, die sich für CNC-Bearbeitung, Spritzguss, Gussverfahren und Additive Fertigung eignen

  • Lieferantenfertige Ergebnisse: NURBS-CAD, Zeichnungspakete und ein FEA-Report

Leistungen

  • Problemabgrenzung & Lastfälle – Definition von Zielen (z. B. Mindestmasse oder maximale Steifigkeit), Lastfällen, Randbedingungen, Keep-in-/Keep-out-Bereichen und Symmetrien.

  • Topologieoptimierung – SIMP- oder Level-Set-basierte Workflows sowie generative Ansätze mit Vorgaben zu Mindestmerkmalgröße, Entformungsrichtungen und Überhanggrenzen für die Additive Fertigung.

  • CAD-Rekonstruktion – glatte, vollständig parametrische NURBS-Flächen und -Volumenkörper auf Basis des Topologieergebnisses, inkl. Radien, Fasen und Entformungsschrägen.

  • DFM-Restriktionen:

    • CNC: Werkzeugzugänglichkeit, Mindestradien und praxisgerechte 3- oder 5-Achs-Setups

    • Spritzguss und Guss: Trennlinien, Entformungswinkel, Kerne und möglichst gleichmäßige Wanddicken

    • Additive Fertigung: Überhanggrenzen, minimale Wand- und Strebenstärken, Gitterinfill und Support-Strategie

  • Verifikations-FEA – statische und nichtlineare Analysen, Beulen, modale und harmonische Antwort, Ermüdungsnachweise sowie lokale Glättung von Hotspots, wo erforderlich.

  • Gitter- und Infill-Design – Gyroid- und andere TPMS-Strukturen oder strebenbasierte Gitter mit Dichteverläufen für die Additive Fertigung, inkl. Abwägung zwischen Steifigkeit und Dämpfung.

  • Dokumentation & Übergabe – Zeichnungen mit GD&T, Stücklisten sowie Umsetzungshinweise für Lieferanten.

Ihre Deliverables

  • Topologieergebnis & sauberes CAD: hochwertige STEP- oder Parasolid-Daten plus native CAD-Modelle für gängige Systeme wie SolidWorks, NX, Creo, CATIA oder Onshape

  • Engineering-Report (PDF) mit Vorher-/Nachher-Kennzahlen, FEA-Plots, Sicherheitsfaktoren und modalen Reserven

  • Fertigungspaket: Zeichnungen als PDF und DXF/DWG, Toleranzen, Entformungs- und Trennlinieninformationen sowie Hinweise für den Werkzeugbau

  • Optionales AM-Paket: Gitterparameter, Bauteilorientierung und Support-Empfehlungen plus 3MF- oder STL-Dateien für Druckversuche

  • Änderungsprotokoll und Schlüsselfaktoren, damit zukünftige Designänderungen das bestehende Optimierungssetup und die Randbedingungen wiederverwenden können

  • Übergabesession von 45–90 Minuten mit Durchgang durch die Ergebnisse und Q&A

Technologie-Stack

  • Optimierung & FEA: Tools wie OptiStruct, Abaqus mit Tosca, Ansys Mechanical, Siemens NX Topologieoptimierung und Fusion 360 Generative Design

  • Gitterstrukturen & AM-Vorbereitung mit Tools wie nTopology und Materialise 3-matic

  • CAD & Postprocessing in SolidWorks, NX, Creo, CATIA V5 und Onshape

  • Analysearten nach Bedarf: statisch und nichtlinear, Beulen, modale und harmonische Antwort, Ermüdung mit S-N- oder Dehnungslebensdauer-Ansätzen sowie thermomechanische Kopplung, wo erforderlich

So läuft die Zusammenarbeit

  • Discovery (ca. 30 Minuten) – Anforderungen, Bauraum, Schnittstellen und Zielgrößen

  • Modell & Setup – Definition von Lasten, Randbedingungen, Designraum, DFM- und AM-Restriktionen sowie Akzeptanzkriterien

  • Optimieren & Rebuild – iterativer Loop von der Topologieoptimierung zur CAD-Rekonstruktion mit schnellen Zwischenprüfungen

  • Verifizieren – vollständige FEA inkl. Ermüdungs- und Modalanalyse plus Fertigbarkeitsbewertung

  • Release – Zeichnungen, Stückliste, Lieferantenhinweise und Übergabesession

Was wir von Ihnen brauchen

  • CAD-Daten in STEP oder Parasolid, Schnittstellendefinitionen, Lochbilder/Schraubenbilder, Keep-in-/Keep-out-Bereiche und Bauraumgrenzen

  • Lastfälle mit Kräften, Drücken oder Drehmomenten, Einsatzzyklen sowie modalen Zielgrößen, wo relevant

  • Geplante Fertigungsroute wie CNC, Spritzguss, Guss oder Additive Fertigung sowie der vorgesehene Werkstoff

  • Erfolgskriterien wie Gewicht, Steifigkeit, Eigenfrequenzen, Sicherheitsfaktoren und Kostengrenzen

Pakete

  • Lightweighting Assessment – schnelle Topologieoptimierung plus Vorher-/Nachher-Kennzahlen und Risikobesprechung

  • Optimization Sprint – Topologieoptimierung, CAD-Rekonstruktion, Verifikations-FEA und Zeichnungspaket

  • AM Advanced – Gitterdesign, Druckstrategie und Validierungs-Updates für additive Bauteile

Beispielanwendungen

  • Montagehalter: ca. 45 % Massereduktion, 20 % höhere Steifigkeit, weiterhin vollständig 3-achsig zerspanbar

  • Robotergreifer / End-of-Arm-Tooling: rund 35 % Massereduktion, kürzere Taktzeiten und Eigenfrequenzen oberhalb des Anregungsbereichs

  • UAV-Ausleger: additives Bauteil mit Gitterkern, erfüllt Fall- und Vibrationsanforderungen mit Sicherheitsreserve

  • Gehäuseguss: optimiertes Rippenlayout mit gleichmäßigen Wanddicken, passenden Entformungsschrägen und Kernen – werkzeuggerecht ausgelegt

FAQ

Bekomme ich editierbares CAD oder nur ein Mesh?
Sie erhalten editierbare, parametrische CAD-Modelle – keine reine STL-/Mesh-Übergabe.

Können strenge Fertigungsgrenzen eingehalten werden?
Ja. Mindestmerkmalgrößen, Entformungsrichtungen, Trennlinien, Werkzeugzugänglichkeit und Überhanggrenzen werden bereits während Optimierung und Rekonstruktion berücksichtigt.

Berücksichtigen Sie Ermüdung und Schwingungen?
Ja. Ermüdungs- sowie modale/harmonische Checks sind Teil der Verifikation, bei Bedarf mit lokaler Glättung kritischer Bereiche.

Welche Materialien eignen sich?
Typische Materialien sind Aluminiumlegierungen, Stähle, Titan (insbesondere für AM), Magnesium sowie verstärkte Kunststoffe. Die Randbedingungen werden jeweils auf die gewählte Fertigungsroute abgestimmt.

Wie stellen Sie sicher, dass Lieferanten zuverlässig kalkulieren können?
Wir liefern bemaßte Zeichnungen mit GD&T und klaren Prozesshinweisen. Für AM kommen zusätzlich Bauteilorientierung, Support-Vorgaben und Gitterparameter hinzu.

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