Wir realisieren

Ihr 3D-Projekt

 

Customising,

not compromising

 

Die Technologie,

die Visionen verwirklicht

Mehr als nur

eine Druckfabrik

Bionik

Bauen wie Mutter Natur

„Bionik“ bezeichnet die Anwendung von Phänomenen und Prinzipien, die in der Biologie und Natur beobachtet werden, auf technische Konstruktionen. Hierbei handelt es sich um über Jahrtausende gewachsene Strukturen, die sich bei Beanspruchung verstärken und bei Nichtbelastung zurückbilden – dies gilt sowohl für die äußere Formgebung als auch für die innere Struktur.

Zwar sind diese genialen Lösungen, die uns die Natur präsentiert, nicht ohne Weiteres für die Technik anwendbar, doch es ist in zunehmendem Maße möglich. Als mittlerweile etablierte Wissenschaftsdisziplin bringt die Bionik heute immer wieder Produkt- und Technologieinnovationen hervor, die die Art, wie wir konstruieren, in kleinen Schritten revolutionieren.

Bionische Optimierung bei der MCB Group: Zusatz, nicht Ersatz

MCB 3D Technology & Additive Manufacturing verwendet zunehmend bionische Verfahren zur Entwicklung neuer oder zur Optimierung bestehender Produkte. Bionische Prinzipien sind hierbei eine mögliche Ergänzung zur traditionellen Herangehensweise an Design und Konstruktion, und zu unseren ingenieurwissenschaftlichen Arbeitsmethoden. Ein bionischer Optimierungsprozess kann zu einer Verbesserung und/oder Weiterentwicklung eines Produktes oder Prozesses führen, oder zu einem völlig neuartig konstruierten Produkt.

MCB 3D Technology & Additive Manufacturing steht Ihnen bei der Realisierung Ihres ganz persönlichen Projekts zur Seite, sowohl als Ingenieurbüro für den Entwurf als auch als Kleinfabrik für die Produktion. Und da wir nicht nur berechnen und produzieren sondern auch Grundlagenforschung betreiben, verfügen wir – und damit Sie als unser Kunde – über die Fachkompetenz eines regionalen Kompetenzclusters.

Bionische Optimierungsmethoden
bei der MCB 3D Technology & Additive Manufacturing

Unsere Entwicklungsingenieure, Konstrukteure und Berechnungsingenieure verwenden für Ihre Projekte computerbasierte bionische Optimierungswerkzeuge wie …

… Computer Aided Optimization (CAO) und
… Soft Kill Option (SKO),

und  modifizieren mithilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) die Form bzw. Topologie des Bauteils und homogenisieren dadurch die Spannungen.

1. Gestaltoptimierung durch „Computer Aided Optimisation“ (CAO)

Die CAO-Methode wird zum Entwurf technischer Bauteile mit hoher Belastbarkeit und Lebensdauer genutzt. Grundlage ist hier die Regel des „lastadaptiven Wachstums“, nach der sich nach dem Vorbild der Natur beanspruchte Stellen verstärken, nicht beanspruchte hingegen zurückbilden würden. Die organischen Wachstums- bzw. Schrumpfregionen werden mithilfe einer Animation in einer speziellen CAO-Software ermittelt.

Mithilfe einer FEM-Analyse werden außerdem die Oberflächenspannungen eines Bauteils ermittelt, und bereits im Entwurfsprozess werden die Spannungen gleichmäßig über die Bauteiloberfläche verteilt – man spricht von „Spannungshomogenisierung“ bzw., im Fall von Kerbspannungen und Spannungsspitzen an kritischen Bauteilen, von „Kerbspannungsoptimierung“.

Diese bionische Optimierungsmethode wird bei MCB 3D-Technology sehr effektiv eingesetzt. Die Lebensdauer insbesondere von Bauteilen unter schwingender bzw. wechselnder Belastung wird hierbei signifikant gesteigert, bei optimiertem Materialeinsatz.

© Altair/solidThinking Inspire

2. Topologieoptimierung durch „Soft Kill Option“ (SKO)

Die Entwicklung leichter und steifer Strukturen ist ein zentrales Thema in vielen Branchen, wie etwa der Luft- und Raumfahrt, der Medizin, dem Automobil- oder dem Spezialmaschinenbau. Die topologische Optimierung beschäftigt sich mit der strukturell optimalen Auslegung von Bauteilen, unter Berücksichtigung der jeweils herrschenden Randbedingungen, und unter bestmöglicher Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Materialressourcen. Häufig zu optimierende Eigenschaften sind Gewicht, Belastbarkeit und Steifigkeit.

Die Soft Kill Option ist ein Verfahren zur Topologieoptimierung von Bauteilen auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Dieses Verfahren liefert Designvorschläge, die kein unterbelastetes Material mehr aufweisen (d.h. es können durchaus Löcher im Inneren des Bauteils auftreten, oder Vollmaterial sich zu einer Art Gewebe reduzieren). Auf diese Weise sind unsere Konstrukteure in der Lage, die relevanten Kraftpfade im Bauteil zu identifizieren, und die innere Struktur eines Bauteils auf sie zu reduzieren.

Dies, in seiner Essenz, ist Leichtbau. Im Leichtbaudesign werden durch sukzessives Entfernen („soft kill“ = „sanftes Töten“) von minderbelastetem Material aus dem Bauraum völlig neue, leichtere Strukturen erzeugt.

Schnell, intelligent, leicht

Bionisch optimierte Produkte für Ihr Unternehmen

Unter Anwendung bionischer Prinzipien entstehen Bauteile, die bei geringerem Materialaufwand dauerfester und langlebiger sind als nach konventionellen Methoden entwickelte. Dies führt zu geringeren Transport- und Betriebskosten (weil Bauteile und Endprodukte leichter sind), was eine globale CO2-Ersparnis zur Folge hat. Diese Entwicklungszeit dieser Designs ist nicht länger als auf gewohntem Wege.

Bei der Herstellung topologieoptimierter Produkte können sämtliche Vorteile des 3D-Drucks genutzt werden – es ist sogar möglich, Geometrien zu verwirklichen, die mit herkömmlichen Produktionsmethoden nicht realisierbar sind. Diese fast unbegrenzte geometrische Freiheit bietet derzeit nur der 3D-Druck.

Wir sind uns sicher, dass auch Sie ein Produkt haben, das von einer bionischen Optimierung profitieren kann.

Wir können schon morgen mit Ihrem Bionikprojekt beginnen.

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