Bionischer Leichtbau

“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.

Strukturmechanische Optimierung mittels Wachstumsgesetzen aus der Natur

• SolidThinking Inspire
• SolidWorks (Topologie)
• Autodesk Netfabb (Gitterstrukturen)

Im klassischen Entwicklungsablauf beginnen die Simulationen (FEM) erst nach der Erstellung eines CAD-Entwurfes. Dadurch liegen die ersten Erkenntnisse der Simulation häufig erst nach der Konzeptphase vor, so dass die Bauteilentwicklung nur noch zu einem kleinen Teil beeinflusst werden kann. An diesem Punkt setzt die Topologieoptimierung (CAO-Methode) an. CAO steht hierbei für Computer Aided Optimization. Sie liefert bereits in der Konzeptphase Erkenntnisse über die belastungsgerechte und gewichtsoptimale Bauteilgeometrie in dem zur Verfügung stehenden Bauram. Die Optimierung kann sowohl für einzelne Lastfälle, als auch für mehrere unabhängige Lasten erfolgen.

Als Zielkriterium können Verformung und Steifigkeit sowie die Lage der Eigenfrequenzen definiert werden. Die volle Leistungsfähigkeit können topologieoptimierte Bauteile mit Hilfe der additiven Fertigung ausspielen, da hiermit die komplexen Geometrien aus der Simulation auch fertigbar sind.