Kleinsatellit ERNST - Multidisziplinäre Designoptimierung

Das Fraunhofer EMI hat für Kleinsatellit ERNST mittels multidisziplinärer Designoptimierung eine optische Bank entwickelt, die die hohen thermische, mechanischen und schwingungstechnischen Anforderungen im Orbit erfüllt. Mittels additiver Fertigung und numerischer Optimierung entstand eine gewichtsoptimierte Struktur, die alle Leistungsanforderungen erfüllt und gleichzeitig die Startmasse reduziert.

Allgemeine Kompetenzen in der Designoptimierung:

Das Fraunhofer EMI verfügt über umfassende Expertise in der konstruktiven Optimierung sicherheitskritischer Strukturen:

• Multiphysik-basierte Topologieoptimierung für komplexe Belastungsszenarien
• KI-gestützte generative Design-Workflows
• Optimierungsstrategien für dehnratenabhängige dynamische Belastungen
• Robuste Konstruktionsmethoden inklusive Materialversagensmodellierung
• Integration von Optimierungsprozessen in kommerzielle Softwareumgebungen

Diese Methoden ermöglichen die Entwicklung von Leichtbaustrukturen, die auch unter extremen Bedingungen wie Crash, Explosion oder ballistischen Einwirkungen zuverlässig funktionieren. 

Publikationen:

1. Hoschke, K., Kappe, K., Patil, S., Kilchert, S., Kim, J., Pfaff, A. (2024). Sustainability-Oriented Topology Optimization Towards a More Holistic Design for Additive Manufacturing. In: Klahn, C., Meboldt, M., Ferchow, J. (eds) Industrializing Additive Manufacturing. AMPA 2023. Springer Tracts in Additive Manufacturing. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-42983-5_6

2. Klaus Hoschke, Aron Pfaff, Konstantin Kappe, Philipp Hahn and Michael May (2024) Towards More Sustainable Aviation: Topology Optimization and Additive Manufacturing of a Cargo Door Latch Fitting https://doi.org/10.2514/6.2024-4642

3. Kappe, K.; Bihler, M.; Morawietz, K.; Hügenell, P.P.C.; Pfaff, A.; Hoschke, K. Design Concepts and Performance Characterization of Heat Pipe Wick Structures by LPBF Additive Manufacturing. Materials 2022, 15, 8930. https://doi.org/10.3390/ma15248930

4. Schimmerohn, Martin & Horch, Clemens & Busch, Stephan & Ledford, Noah & Schäfer, Konstantin & Maue, Thorsten & Weber, Mike & Kappe, Konstantin & Schäfer, Frank & Schweitzer, Caroline & Hoeffgen, Stefan & Paape, Andreas. (2022). ERNST: Demonstrating Advanced Infrared Detection from a 12U CubeSat.

5. Hoschke, Klaus & Kappe, Konstantin & Riedel, Werner & Hiermaier, Stefan. (2020). A Multimodal Approach for Automation of Mechanical Design. 10.1007/978-3-030-50460-1_17 .

6. Hoschke, Klaus & Kappe, Konstantin & Bierdel, Marius & Riedel, Werner & Hiermaier, Stefan. (2019). A topology optimization based design model for enhanced energy absorption and fail-safe behaviour.

Links:

https://www.emi.fraunhofer.de/en/business-units/defense/in-focus/additive-manufacturing/multidisciplinary-design-optimization.html

Kontakt:

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