Topologieoptimierung spritzgegossener Kunststoffbauteile

Wie viel Material ist notwendig, damit ein Bauteil die geforderten Belastungen aushält?
Wie erreiche ich die maximale Steifigkeit bei minimalem Materialeinsatz?

Die Antwort auf diese Fragen liefert die Topologieoptimierung, ein computerbasiertes Berechnungsverfahren, bei dem die optimale Bauteilgestalt unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen gefunden wird.

Hierfür definieren wir zunächst gemeinsam mit Ihnen die Randbedingungen der Optimierung, zu denen der maximal zulässige Bauraum und alle unveränderlichen Bereiche gehören, wie zum Beispiel Anschraubflächen, die nicht verändert werden dürfen. Analog zu einer reinen Strukturanalyse werden im nächsten Schritt die Lasteinleitung sowie die Einspannung des Bauteils festgelegt.

Anschließend entfernt das FEM-Programm automatisch überall dort das Material, das nicht zur Steifigkeit beiträgt und somit keine Belastung aufnimmt. Zum Schluss ergibt sich meist eine bionische Struktur, die die optimale Geometrie mit maximaler Steifigkeit bei minimalem Materialeinsatz darstellt. Diese Materialersparnis bewirkt nicht nur eine Gewichts-, sondern gleichzeitig eine Kostenreduzierung.

Die Ergebnisse der Topologieoptimierung können nicht nur dazu genutzt werden, das Bauteil im 3D-Druck direkt herzustellen, sondern dienen auch als Grundlage für eine belastungs- und fertigungsgerechte Konstruktion. Durch zusätzliche Randbedingungen, wie z.B. die Definition einer Entformungsrichtung, werden die Einschränkungen beim Spritzgießen bereits während der Simulation berücksichtigt.