EDA-Projekt "AMALIA" - Auslegung zellulärer Strukturen

Film: Plastische Verformung einer 3D-gedruckten Gitterstruktur unter Druckwellenbelastung – erfasst bei Sprengstofftests.

Im Rahmen des EDA-Projekts AMALIA werden zelluläre Strukturen für die Absorption kinetischer Energie optimiert, um Kraftübertragung zu minimieren, Gewicht zu reduzieren und den Schutz zu maximieren. Durch simulationsgetriebene Optimierungsansätze und experimentelle Validierung entstehen zelluläre und gitterbasierte Strukturen mit überlegener spezifischer Energieabsorption. Dazu gehören auxetische, minimale Oberflächen- und Multimaterial-Designs, die auf sicherheitskritische Anwendungen wie Personenschutz, militärische Ausrüstung oder Fahrzeugstrukturen zugeschnitten sind.

Die Kompetenzen umfassen:

  • Optimierung zellulärer Strukturen auf Meso- und Makroebene
  • Entwicklung KI-gestützter Optimierungsansätze
  • Auxetische Gitter- und Minimalflächenstrukturen
  • Simulation von Explosions- und Impaktlasten
  • Experimentelle Validierung für Crash-, Impakt- und Explosionsbelastungen
Image 1: Cellular structures such as lattice structures are excellently suited for the absorption of kinetic energy.. Image 2: Cellular structure optimized for blast mitigation – shown in simulation (a) and experimental validation (b). Load: 3.9 kg TNT equivalent at ~1 m stand-off distance.
© Fraunhofer EMI

Publikationen:

1. Baranowski, Pawel & Kucewicz, Michał & Płatek, Paweł & Kappe, Konstantin & Cieplak, Kamil & Malachowski, Jerzy. (2025). Numerical and Experimental Evaluation of Maraging Steel Cellular Topologies for Ballistic Panel Design. International Journal of Impact Engineering. 206. 105447. 10.1016/j.ijimpeng.2025.105447 

2. Kappe, Konstantin & Hoschke, Klaus & Riedel, Werner & Hiermaier, Stefan. (2023). Multi-objective optimization of additive manufactured functionally graded lattice structures under impact. International Journal of Impact Engineering. 183. 104789. 10.1016/j.ijimpeng.2023.104789 

3. Kappe, Konstantin & Hoschke, Klaus & Riedel, Werner & Hiermaier, Stefan. (2023). Multi-objective optimization of additive manufactured functionally graded lattice structures under impact. International Journal of Impact Engineering. 183. 104789. 10.1016/j.ijimpeng.2023.104789  

4. Kappe, Konstantin & Wahl, Jan & Gutmann, Florian & Boyadzhieva, Silviya & Hoschke, Klaus & Fischer, Sarah. (2022). Design and Manufacturing of a Metal-Based Mechanical Metamaterial with Tunable Damping Properties. Materials. 15. 5644. 10.3390/ma15165644 

5. Kappe, Konstantin & Jäcklein, Martin & Pfaff, Aron & Hoschke, Klaus. (2022). Finite element modeling concepts for the dynamic compression response of additively manufactured lattices structures. DYMAT 2022. DOI: 10.6094/UNIFR/228460 

Links:

https://www.emi.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/verteidigung/im-fokus/additive-fertigung/kinetischen-energieabsorbern.html

Kontakt:

Konstantin Kappe, konstantin.kappe@emi.fraunhofer.de, +49 (761) 2714 – 587