Wir entwickeln wirtschaftliche Leichtbauteile mittels mathematischer Optimierung
Anwendbar auf jede Industrie und jedes Fertigungsverfahren
Unsere Leistungen
Revolutionäre Bauteilentwicklung - ganzheitlich umgesetzt
Bei welchem Bauteil lohnt sich eine Neuentwicklung bspw. hinsichtlich Leichtbau? Welches Fertigungsverfahren (inkl. 3D-Druck) eignet sich zur Herstellung des Bauteils und welches Verfahren bietet das beste Kosten-Nutzen-Verhältnis? Wir klären die Frage der Wirtschaftlichkeit und identifizieren Bauteile in Ihrem Unternehmen mit großem Potential. Die Bauteilidentifikation ist kostenlos und ermöglicht Ihnen einen unverbindlichen Überblick über die verdeckten Potentiale. Vereinbaren Sie jetzt ein kostenfreies Gespräch: zur Kontaktanfrage. Falls Sie bereits ein Bauteil im Kopf haben, geht es hier zur automatischen, kostenlosen Identifikation: amvaluation
Mit unserer simulationsgesteuerten Bauteilentwicklung (siehe Entwicklungsprozess) schneiden wir das Bauteil perfekt auf Ihren Anwendungsfall zu. Dabei kann beispielsweise der maximale Leichtbau, minimale Fertigungskosten oder die Erhöhung/Reduktion der Wärmeleitfähigkeit forciert werden. Oft gehen mit Leichtbau verringerte Fertigungskosten einher. Dabei können wir das Verhältnis zwischen dem Grad des Leichtbaus und den Kosten variabel beeinflussen, um das Optimum für Ihren Anwendungsfall zu generieren. Das Resultat: minimaler Materialeinsatz bei maximaler Performance und niedrigsten Fertigungskosten. Gleichzeitig garantieren wir die Betriebsfestigkeit und Herstellbarkeit der Bauteile. Sie können sich den Unterschied noch nicht richtig vorstellen? Hier geht es zu Beispielprojekten mit Vorher-Nachher-Vergleichen aus der Automotive– und Maschinenbauindustrie.
Sollten Sie bereits Topologieoptimierungen durchgeführt haben, bieten wir die Geometrierückführung der Ergebnisse in CAD-Volumenmodelle auch separat an. Dabei gewährleisten wir eine minimale Abweichung zwischen dem Ergebnis der Topologieoptimierung und der finalen Bauteilgeometrie. Unebene, unstetige, „nicht wasserdichte“ und generell fehlerbehaftete STL-Dateien stellen kein Problem dar und können nach der Rückführung im STEP oder IGES-Dateiformat exportiert werden. Die Dateien sind anschließend in jedem gängigen CAD-Programm vollumfänglich bearbeitbar.
Durch die Kombination von Simulation und physischen Versuchen sichern wir die Fertigbarkeit und Betriebsfestigkeit Ihres Bauteils zuverlässig ab. Wir verfügen über Materialmodelle verschiedenster Werkstoffe und können somit die Lebensdauer der Bauteile verlässlich kalkulieren. Die Prozesssimulation des gewählten Fertigungsverfahren, 3D-Druck oder konventionell, ermöglicht das Vermeiden von Ausschuss oder Fertigungsabbrüchen.
Durch unser großes Netzwerk an Fertigungspartnern können wir den idealen Produzenten für Ihr Bauteil finden und beauftragen. Wir koordinieren die Fertigung und sorgen für die Einhaltung von Lieferzeiten. Alle Fertigungsparameter werden von uns nach Absprache mit Ihnen definiert, sodass kein spezifisches Know-How Ihrerseits vorhanden sein muss. Wir wählen unsere Fertigungspartner sorgfältig aus und gewährleisten somit höchste Qualität. Gleichzeitig prüfen wir die gefertigten Bauteile ausgiebig sowohl durch zerstörungsfreie als auch zerstörende Prüfung, um jede Unsicherheit zu eliminieren. Die zur Fertigung verwendeten Materialien werden intern qualifiziert, um ungenaue Herstellerangaben zu verifizieren.
Ihr Nutzen
Maßgeschneiderte Bauteile
Kostensenkung
Durch die Einsparung von Material oder den Wechsel des bisher gewählten Fertigungsverfahrens werden Produktionskosten drastisch reduziert. Sie müssen keine kostspielige Software oder Maschinen beschaffen und keine Mitarbeiter schulen. Außerdem können wir durch unser Netzwerk an Fertigungspartnern den besten Preis für die Fertigung anbieten. Der Einstieg funktioniert unkompliziert über unsere kostenlose Bauteilidentifikation.
Leichtbau
Der Leichtbau spielt besonders bei bewegten Bauteilen eine sehr große Rolle. Die dynamischen Kräfte werden reduziert und Sie profitieren von Sekundäreffekten wie: erhöhte Verfahrgeschwindigkeit Ihrer Produktionsmittel, reduzierter Energieverbrauch, erhöhte Standzeiten oder vereinfachtes Bauteilhandling.
Optimierte Thermik
Das Ziel der Bauteiloptimierung kann ebenfalls die Verbesserung der thermischen Eigenschaften sein, sodass Kühl- und Wärmeprobleme durch die optimierte Bauteilstruktur behoben werden. Sie profitieren je nach Anwendungsfall z.B. durch weniger Verschleiß, höhere Leistungsfähigkeit von thermisch belasteten Komponenten, Einsparung zusätzlicher Kühl- und Wärmequellen.
Kürzeste Entwicklungszeiten
Reduzieren Sie Ihre Time-To-Market. Da wir in unserem Entwicklungsprozess auf manuelle Konstruktionsschritte verzichten, können wir Bauteile bis zu 80% schneller entwickeln und auf Änderungen flexibel reagieren.
Entwicklungsbeispiel - Maschinenbau
Leichtbau Pick & Place Maschine
oder
Durch die Optimierung von vier Bauteilen der Pick & Place Maschine konnte die bewegte Masse um 29,8 kg reduziert werden. Dabei wurden die Bauteile für drei verschiedene Fertigungsverfahren optimiert, um ein ideales Verhältnis zwischen Kosten und Performance zu generieren. Elf Bauteile wurden zu vier Bauteilen zusammengeführt. Dadurch wird der Montageaufwand und die Handhabung verbessert. Zwei Linearführungen und 25 Schrauben wurden eingespart. Die Betriebsfestigkeit und Herstellbarkeit ist vollständig abgesichert. Durch die reduzierte bewegte Masse wird 52 % weniger Energie benötigt um die Bewegungen auszuführen. Das Resultat sind wahlweise eine um 34 % beschleunigte Produktion oder um 52 % reduzierte Energiekosten. Pro Jahr werden pro Maschine 1270€ Energiekosten gespart.
Gerne untersuchen wir kostenfrei das Potential von optimierten Bauteilen an Ihren Maschinen.
Vorher / Nachher Vergleich & technische Daten der optimierten Bauteile
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Firefox Version 65 oder höher
Opera Version 19 oder höher
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Verbindung Y - Z Achse
Masse vorher
14,64 kgMasse nachher
2,28 kgMassenreduktion
84,45 %Zusammengefasste Bauteile
5 in 1Eingespart
1 Linearführung, 13 SchraubenFertigungsverfahren
Selektives LaserschmelzenMaterial
AlSi10MgGrundplatte Z-Achse
Masse vorher
8,91 kgMasse nachher
1,17 kgMassenreduktion
86,87 %Zusammengefasste Bauteile
2 in 1Eingespart
1 Linearführung, 4 SchraubenFertigungsverfahren
WasserstrahlschneidenMaterial
EN AW 6060 T6Konsole Pneumatikeinheit
Masse vorher
5,12 kgMasse nachher
0,46 kgMassenreduktion
91,01 %Zusammengefasste Bauteile
4 in 1Eingespart
8 SchraubenFertigungsverfahren
Selektives LaserschmelzenMaterial
AlSi10MgGreifer
Masse vorher
333,27 gMasse nachher
53,25 gMassenreduktion
84,02 %Fertigungsverfahren
Selektives LasersinternMaterial
PA12Anzahl verbauter Bauteile
4Gerne besprechen wir mögliche Anwendungsfälle optimierter Bauteile an Ihren Maschinen/Anlagen/.. und betrachten weitere potentielle Bauteile.
Entwicklungsbeispiel - Automotive
Leichtbau-Bremssattel für Volumenmodelle - Faustsattel
Ausgangsbauteil
amprove Design
Ausgangsbauteil
amprove Design
Entwicklungsresultat
Bei der Optimierung des Bremssattels aus einem aktuellen Volumenmodell eines deutschen Automobilherstellers wurde der Entwicklungsfokus auf reduzierte Fertigungskosten durch geringeren Materialeinsatz gelegt. Das Resultat unserer Optimierung: ein Bremssattel mit einer 20% geringeren Masse und um 0,15€ reduzierte Stückkosten. Neben des geringeren Verbrauchs ergeben sich durch den Leichtbau auch Vorteile für die Fahrdynamik durch Einsparung von ungefederter Masse. Diese Optimierung hin zu kostengünstigen Leichtbauteilen lässt sich auf diverse Fahrzeugteile und Stückzahlen von wenigen Tausenden bis Millionen anwenden, sodass eine große Tragweite erreicht werden kann.
Gerne besprechen wir mögliche Anwendungsfälle an Ihren Fahrzeugen und betrachten weitere potentielle Bauteile.
&
Performance Parameter
Massenreduktion
-20 % (663g)Spannungsreduktion
-22 % (-60 MPa)Steifigkeitserhöhung
+26 % (-0,37ml @ 150 bar)Die wichtigste Eigenschaft neben der Massenreduktion ist für diesen Anwendungsfall (Großserie) die geringere Maximalspannung. Dadurch wird die Verwendung eines niedriglegierteren, günstigeren Werkstoffs möglich. So können die Stückkosten weiter reduziert werden. Die Spannungsreduktion wird durch eine bionische, lastpfadgerechte Geometrie erreicht. Gleichzeitig wird durch die neue Bauteilstruktur die Steifigkeit des Bremssattels um 26% erhöht, wodurch ein verbessertes Pedalgefühl erzeugt wird.
Fertigung
Stückkostenreduktion
-0,15€Fertigungsverfahren
Guss mit Dauerformen/ModellenMaterial
verzinktes GusseisenAbformzahl
Identisch zum AusgangsbauteilWerkzeug
zweiteiligDie Herausforderung bei der Entwicklung von Gussleichtbauteilen ist die Gewährleistung der wirtschaftlichen Fertigbarkeit. Durch die Massenreduktion werden die Materialkosten und somit der Rohteilpreis gesenkt. Dabei gilt es die Werkzeugherstellungskosten gering zu halten, um die Kostenersparnis beizubehalten. Für diesen Bremssattel wurde dafür eine zweiteilige Werkzeugausführung mit einer Freiformtrennebene vorgesehen. In der Abbildung wird die Trennlinie zwischen der blauen und der rot markierten Fläche dargestellt. Mit unserem Entwicklungsprozess haben wir die Möglichkeit auch bei den komplexesten Bauteilen die Entformbarkeit sicherzustellen und eine gleichmäßige Erstarrung zu erzeugen. Während der Entwicklung beeinflussen wir über die Bauteilgeometrie gleichzeitig die Werkzeugherstellungskosten, sodass eine reibungslose und vor allem wirtschaftliche Fertigung möglich wird.
Gerne besprechen wir mögliche Anwendungsfälle an Ihren Fahrzeugen und betrachten weitere potentielle Bauteile.
Entwicklungsbeispiel - Automotive
Leichtbau-Bremssattel für Performance Fahrzeuge - Festsattel
Mittlere Stückzahlen
Massenreduktion
-22 % (600g)Steifigkeitserhöhung
+35 % (-0,67ml @ 150 bar)Max. Spannungen
230 MPaMax. Betriebstemperatur
250°CFertigungsverfahren
Guss mit DauerformenAnwendung
Hochmotorisierte FahrzeugeUm die Anforderungen einer Serie mit mittleren Stückzahlen (10.000 – 100.000 Fahrzeuge pro Jahr) zu erfüllen, wurde der Aluminium Bremssattel in dieser Version für das Gießen mit Dauerformen entwickelt. Im Vergleich zu dem serienmäßig verbauten Bremssattel bietet dieses Design durch die geringere Masse neben der Senkung des Verbrauchs auch geringere Fertigungskosten. Durch die Reduktion der ungefederten Masse ergeben sich gleichzeitig Vorteile für die Fahrdynamik des Fahrzeugs.
Kleine Stückzahlen
Massenreduktion
-39 % (1060g)Steifigkeitserhöhung
+40 % (-0,77ml @ 150 bar)Max. Spannungen
230 MPaMax. Betriebstemperatur
315°CFertigungsverfahren
Selektives LaserschmelzenAnwendung
Supersportwagen, MotorsportFür die Anwendung des Bremssattels in Kleinserien wurde das Bauteil für den werkzeuglosen 3D-Druck optimiert werden. Die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks ermöglicht weitere Materialeinsparungen und die Erstellung von high-performance Bauteilen. Die Kosten beim 3D-Druck hängen maßgeblich von der Maschinenzeit ab. Durch unsere Entwicklungen wird die Masse des Bauteils und somit die zur Herstellung benötigte Maschinenzeit drastisch reduziert.
Gerne besprechen wir mögliche Anwendungsfälle an Ihren Fahrzeugen und betrachten weitere potentielle Bauteile.
Wie wir Bauteile entwickeln
Simulation ersetzt Konstruktion
Belastungs- & Bauraumdefinition
Auf Basis von bestehenden Informationen wie CAD-Daten, Werte für angreifende Kräfte und Drücke, Angaben zu Massen und Bewegungsrichtungen oder Fotos und Videos Ihres Anwendungsfalls wird der maximal verfügbare Bauraum konstruiert und das Finite-Elemente-Modell mit allen Lastfällen aufgebaut. Im Idealfall existieren bereits Berechnungsmodelle und Bauräume. Generell gilt: Je mehr Daten zur Verfügung gestellt werden, desto näher liegt das Ergebnis am Optimum.
Topologie- & Formoptimierung
Innerhalb des Bauraums wird die Topologie- & Formoptimierung durchgeführt. Für die gegebenen Lastfälle wird unter geeigneten Restriktionen die Geometrie hinsichtlich des Optimierungsziels, bspw. die Minimierung der Masse, optimiert. Dabei werden alle Randbedingungen auf das gewählte Fertigungsverfahren abgestimmt, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten. Sowohl konventionelle Fertigungsverfahren wie das Gießen und Fräsen als auch additive Fertigungsverfahren (3D-Druck) können berücksichtigt werden. Es sind keine weiteren Informationen Ihrererseits notwendig.
Geometrierückführung
Um das optimale Ergebnis der Topologie- & Formoptimierung beizubehalten, wird direkt auf dem Output des Solvers weitergearbeitet. Die generierte Dichteverteilung wird in eine parametrisierbare Geometrie zurückgeführt und kann anschließend in allen CAD-Programmen weiterverwendet werden. Die neue Geometrie ist ein vollfunktionsfähiges Volumenmodell, welches bspw. als STEP-Datei exportiert werden kann. Die Abweichung zwischen dem Ergebnis der Topologieoptimierung und der finalen Bauteilgeometrie ist durch den Verzicht auf manuelle Nachkonstruktion sehr gering.
FE-Reanalyse
Das Ergebnis der Optimierung wird anschließend final abgesichert. Es werden diverse Simulationen betrachtet. Zum einen werden Betriebsfestigkeitsanalysen durchgeführt, um den sicheren Betrieb des Bauteils zu gewährleisten, zum anderen werden Prozesssimulationen durchgeführt, um eine kostengünstige und problemlose Fertigung zu ermöglichen. Je nach Anwendungsfall werden zusätzliche Eigenschaften bspw. Schwingungsverhalten oder thermische Widerstandsfähigkeit berücksichtigt. Gleichzeitig können diese Eigenschaften auch Bestandteil der Optimierung sein.
Ergebnis
Das Ergebnis ist ein optimales, abgesichertes Bauteil welches zuverlässig und kostengünstig im gewählten Fertigungsverfahren hergestellt werden kann. Jede Bauteilstruktur hat eine Funktion. Maximale Performance bei minimalen Kosten.
- Minimales Gewicht
- Minimale Produktionskosten
- Höchste Steifigkeit
- Ideales thermisches Verhalten
TEAM
Dennis Middelmann
Co-Founder
Yannik Eggert
Co-Founder
Rami Bedewi
Co-Founder
Björn Ringel
Berater
Unser Team besteht aus Ingenieuren, die über mehr als fünfzehn Jahre Erfahrung in der simulationsgetriebenen Bauteilentwicklung verfügen. Größtenteils stammen unsere Erfahrungen aus der Automobilindustrie. Dabei beschäftigten wir uns mit allen CAE & CAD Themen rund um die Strukturoptimierung. Neben konventionellen Fertigungsverfahren wie dem Gießen und Fräsen wurde dabei vermehrt ein Augenmerk auf diverse additive Fertigungsverfahren (3D-Druck) gelegt.
Über Uns
improve by amprove.
Unsere Vision
Mit simulationsgestützter Bauteilentwicklung kann praktisch jedes Bauteil zu maximaler Effizienz & Performance getrieben werden. Entgegen der verbreiteten Annahmen werden die Fertigungskosten dabei oft gesenkt und nicht erhöht. Wir wollen die Hardware-Welt mit unserer Entwicklungsarbeit updaten und unnötige Materialverschwendung vermeiden. Als Unternehmen werden wir zukünftig als Zulieferer agieren und ein Portfolio an eigenentwickelten, effizienten Hardwarebauteilen aufbauen.
KONTAKT
- +49 (0) 176 4200 2810
- kontakt(at)amprove.de