Technologiezentrum Leichtbau

Bisher wurde die Topologieoptimierung meist technologisch getrieben. Das heißt, die Gestalt des Bauteils hing dabei nur von den eingeprägten Kräften (= wirkenden Lasten) und dem verwendeten isotropen Materialgesetz ab. Zur Überwindung dieser Limitierungen sollen im TZL verstärkt anisotrope Werkstoffmodelle angewendet und das Verfahren in Richtung werkstoffgerechte Gestaltung (Funktionsintegration, Ergonomie, Ästhetik) und Festigung verbessert werden. Gerade die frühe Einbeziehung der dem Gestaltungsprozess nachgelagerten Fertigungsaspekte (wie z.B. Rippenabstand, Entformungsschrägen, Vermeidung von Materialanhäufung) stellen für die breite Anwendbarkeit der Topologieoptimierung in der Praxis noch eine Barriere dar. Diese gilt es im Verbund aus numerischer Forschung, Produktgestaltung und Anwendung in der Industriepraxis zu überwinden. Zusätzlich sind in einem möglichst frühen Stadium Aspekte der Gestaltung und der Ergonomie zu berücksichtigen. Zur Validierung und Darstellung komplexer Geometrien sollen hierbei u.a. auch generative Verfahren wie 3D-Druck eingesetzt und dabei auch Verfahren und Prozesse für 3D-Druckteile weiterentwickelt und optimiert werden. Auf der Anwendungsebene sollen Konzeptmodelle, Funktionsprototypen und Werkzeuge mittels generativer Methoden sowie Endprodukte gedruckt werden. Insbesondere auf Bedürfnisse der regionalen Industrie wie z.B. Funktionsprototypen für Werkzeuge, generativ hergestellte Prototypwerkzeuge für Blechbauteile aus innenhochdruckumgeformten Bauteilen oder Endprodukte für die Medizintechnik wird eingegangen. Mit der 3D-Drucktechnik können unterschiedliche Werkstoffe miteinander kombiniert sowie unterschiedliche Eigenschaften lokal aufgeprägt werden. Möglichkeiten und Grenzen gilt es zu erforschen.

Die Hochschule Aalen bringt in das TZL insbesondere Expertise auf folgenden Gebieten ein:

  • Modellierung und Simulation und virtuellen Produktoptimierung
  • Topologieoptimierung von Leichtbaukomponenten
  • Leichtbau-Werkstoffe
  • Leichtmetalleo Polymerwerkstoffe
  • Keramiko Verbundwerkstoffe, z.B. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)
  • Fertigungstechnik von Leichtbaukomponenteno Polymertechnik
  • Leichtmetalle Al und Mg
  • Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde
  • Erprobung von Komponenten unter realitätsnahen Bedingungen

Benchmark Topologieoptimierung

In mehreren Abschlussarbeiten werden derzeit die Systeme Tosca, Inspire, Optistruct, ProTOp, ANSYS, Z88 Arion verglichen. Betrachtet werden insbesondere auch die Möglichkeiten der Umwandlung der Ergebnisse der Topologieoptimierung (STL) in CAD-Geometrie.