Materiaalminimalisering

Materiaalminimalisering is een ontwerp- en productiebenadering die gericht is op het verminderen van de hoeveelheid materiaal die nodig is om aan functionele vereisten te voldoen, met behoud van prestaties, veiligheid en betrouwbaarheid. Het doel is gewicht te reduceren, kosten en milieu-impact te beheersen en de circulariteit te bevorderen door eenvoudiger recyclage en minder herwerk.

Belangrijke principes zijn onder meer functionele integratie, geometrische optimalisatie en materiaalkeuze die passen bij de belastingen, productiemethoden en levensduur van het product. Methoden omvatten topology optimization, hollowing en thinning van onderdelen, het verwijderen van overtollige ribben en het inzetten van geavanceerde productieprocessen zoals additieve manufacturing. Daarnaast spelen constructie- en verbindingsontwerpen een rol die materiaalafname mogelijk maken zonder verzwakkingen.

Toepassingsgebieden omvatten onder meer de automobiel- en luchtvaartindustrie, consumentenproducten, verpakkingen en de bouw. Naarmate digitale simulatie en generatieve ontwerptechnieken verbeteren, wordt materiaalminimalisering vaker toegepast om prestaties te verbeteren bij gelijktijdige reductie van materiaalgebruik en productiecomplexiteit.

Processtappen omvatten probleemdefinitie en prestatie-eisen, functionele analyse, materiaal- en productiebenadering, structurele analyse en optimering, productieoverwegingen, prototyping en testen, en iteratie bij validatie.

Voordelen omvatten minder materiaalgebruik, kostenbesparing en milieuwinst, vaak gepaard gaand met gewichtreductie en mogelijk betere prestaties bij transport en gebruik. Uitdagingen zijn behoud van sterkte en veiligheid, naleving van normen, complexiteit in productie en kwaliteitscontrole, en kostenefficiëntie bij kleine series.

Materiaalminimalisering draagt bij aan duurzaamheid en circulariteit en vereist afstemming tussen ontwerp, materiaaltechnologie en productieprocessen.