Introductie
Soms begint een leertraject niet met een klantvraag, maar met een moment van verwondering. Voor Benjamin, Mechanical Engineer bij MechDes, gebeurde dat tijdens het kijken naar een aflevering van TopGear op YouTube. In de aflevering werd de BUGATTI Tourbillon getoond, voorzien van onder andere een 3D-metaalgeprinte wielophanging. De bovenarm was topologisch geoptimaliseerd en had een bijna organische vorm, alsof de natuur zelf de lijnen trok.
Die observatie leidde tot een simpele, maar veelzeggende vraag: hoe zou ik zelf zo’n onderdeel kunnen ontwerpen? Niet voor Bugatti Rimac, maar als leerproject om met voor hem nieuwe ontwerptools te experimenteren. Met steun van zijn teamleider en ervaren collega’s begon Benjamin aan een traject dat meer opleverde dan alleen een virtueel onderdeel. Dankzij de aanwezige interne kennis van collega's, opgebouwd in eerdere klantprojecten, kon hij direct profiteren van een versnelde start. Het werd een persoonlijke ontdekkingstocht naar hoe nieuwe productietechnieken zoals 3D-metaalprinten ons vak veranderen. En hoe je zelf groeit door uit je comfortzone te stappen.
Bugatti Tourbillon
Wat topologie-optimalisatie betekent voor de moderne engineer
Topologie-optimalisatie is een ontwerpmethode waarbij software zoekt naar de meest efficiënte verdeling van materiaal. Het resultaat: een lichtere constructie die toch stijf blijft. In dit project gebruikte Benjamin Ansys Discovery, ingesteld om te optimaliseren op maximale stijfheid binnen een opgegeven materiaalvolume en belastingcondities. Belangrijk detail: de berekening houdt doorgaans geen rekening met materiaalfalen of sterktegrenzen, maar alleen met vervorming. Daarom is aanvullende sterkte-analyse noodzakelijk om te voldoen aan gangbare industrienormen voordat een onderdeel daadwerkelijk in productie kan worden genomen.
De resultaten zijn vaak verrassend: grillige, organische vormen die weinig lijken op wat een engineer traditioneel zou tekenen. Toch is het geen automatisering die de mens vervangt. Initieel leek het model meer op een spinnenweb. De kracht zit juist in de samenwerking: de software rekent, de engineer bepaalt de belastingen, de randvoorwaarden en de maakbaarheid. Dan krijg je een ontwerp dat echt gaat werken in de praktijk.
Wat me fascineerde was niet zozeer de Bugatti zelf, maar de vraag: hoe ver kan ik komen als ik met deze technologie zelf aan de slag ga?
Zo ontstaat een dynamiek waarin nieuwe vormen mogelijk worden, maar waarin het inzicht en de ervaring van de engineer bepalend blijven. Daarom was het ook waardevol om samen te sparren met directe collega's Helmig, Nick en Rémon, die enthousiast aanhaakten toen Benjamin de Bugatti-aflevering deelde die hem inspireerde.
Van idee naar concreet model: hoe een leerproject vorm kreeg
Benjamin begon zijn traject niet met een uitgewerkt ontwerp, maar met een basis: een eenvoudig 3D-model in SOLIDWORKS (Dassault Systèmes) met alleen bevestigingspunten en beschikbare ruimte. Dit kader gaf de software de vrijheid om te zoeken naar de optimale vorm.
Daarna definieerde Benjamin zes realistische belastingsgevallen van remmen en accelereren tot bochtremmen en de krachten van de stabilisatorstang. Door meerdere scenario’s mee te nemen, werd het ontwerp relevanter en beter toepasbaar.
Met deze input liet hij Ansys Discovery rekenen. Het proces leverde in korte tijd een reeks mogelijke vormen op, variërend afhankelijk van de gekozen instellingen. Iedere wijziging in belasting, materiaalverdeling of beperking zorgde voor een ander resultaat. Daaruit bleek hoe belangrijk de engineer blijft: de software geeft opties, de mens bepaalt de bruikbaarheid.
Van ruwe vorm naar bruikbaar ontwerp: de waarde van FEM-analyse
Het eerste resultaat van een topologie-optimalisatie is een ruw facettenmodel, opgebouwd uit duizenden kleine vlakjes. Mooi om naar te kijken, en een mooie basis, maar zeker nog niet klaar voor gebruik. Benjamin transformeerde het ruwe facettenmodel naar een bruikbaar CAD-model. Zo werd het geschikt voor analyse en productie.
Daarna volgde de volgende uitdaging: valideren wat je hebt ontworpen. Met een Finite Element Method-analyse (FEM/FEA) liet hij alle eerder gedefinieerde belastingsgevallen nogmaals doorrekenen. De resultaten lieten zien waar piekspanningen zaten en hoe groot de doorbuiging was. Zo bleek of het ontwerp bestand was tegen de krachten in de praktijk.
Dit is essentieel, zeker bij een hypercar zoals de Bugatti Tourbillon, die naar schatting 1.800 pk heeft met een topsnelheid tot 445 km/u. Bij zulke extreme prestaties kunnen al kleine geometrische fouten of zwakkere punten catastrofaal zijn.
Hoewel bij hypercars de risico’s extreem zijn, speelt FEM ook bij 'gewone' auto’s een steeds belangrijkere rol. Ook mainstream en betaalbare auto’s worden via FEM geanalyseerd en gevalideerd. Simulatietechnieken helpen bij het optimaliseren van onderdelen zoals suspension systems, chassis en Crash Management Systemen (CMS) zelfs in massaproductie.
Bijvoorbeeld, automerken als BMW Group gebruiken CAE (Computer-Aided Engineering) om suspensiesystemen te ontwerpen die performance, comfort en betrouwbaarheid combineren. En bij OEM’s en leveranciers is FEM inmiddels een standaardtool om structurele sterkte vooraf te testen, waardoor fysieke prototypes worden gereduceerd en kwaliteit gewaarborgd.
Waarom experimenten zoals deze belangrijk zijn voor engineers én opdrachtgevers
Wat dit project bijzonder maakt, is dat het geen klantopdracht was. Het was een leerproject, opgezet vanuit nieuwsgierigheid en persoonlijke motivatie. Bij MechDes moedigen we dat actief aan. Engineers krijgen ruimte om nieuwe tools te verkennen, fouten te maken en hun kennis te verbreden.
Die manier van werken levert meer op dan technische kennis alleen:
- Engineers ontwikkelen sneller door buiten hun comfortzone te treden
- Het plezier en de trots die ontstaan tijdens zo’n traject, versterken de intrinsieke motivatie
- Voor opdrachtgevers betekent dit dat onze ervaren engineers klaarstaan met actuele kennis en frisse ideeën
Kortom, voor ons is zelfontwikkeling geen luxe; we zien het ook als een HR-investering in ons talent. Door engineers de ruimte te geven om te groeien, investeren we direct in de kwaliteit van ons werk en de innovatiekracht van MechDes.
Wat topologie-optimalisatie concreet kan betekenen in de praktijk
De inzichten uit dit leerproject zijn niet alleen relevant voor hypercars, maar ook voor andere sectoren waar lichtgewicht en efficiëntie tellen. Bovendien reiken de toepassingen verder dan alleen additive manufacturing, bijvoorbeeld in:
- Automotive: lichtere en efficiëntere ophangingsdelen en frames
- Machinebouw en intralogistiek: grijpers en tooling die minder materiaal gebruiken maar meer kracht aankunnen
- Special equipment / Offshore: robuuste en duurzame constructies die specifiek zijn ontworpen voor veeleisende omgevingen, waarbij innovatie hand in hand gaat met efficiënt materiaalgebruik en kostenbesparing
De voordelen gaan verder dan gewichtsreductie alleen. Minder materiaal betekent ook minder energie in productie en gebruik, wat bijdraagt aan duurzaamheid en efficiëntie. Onze Managing Director en visionair Henk van Ommeren is een groot voorstander van het principe "Less = More". Bij MechDes is dit zelfs zo’n belangrijk thema dat er een Less = More Award is in het leven geroepen. De engineer die het meest innovatieve "less = more"-idee realiseert, krijgt de prijs.
De toekomst van ontwerpen: wanneer digitale optimalisatie samenkomt met additive manufacturing (3D-printing)
De ware kracht van topologie-optimalisatie komt pas echt tot uiting in combinatie met additive manufacturing. Waar traditionele productietechnieken beperkingen kennen, maakt 3D-printing het mogelijk om organische vormen daadwerkelijk te produceren, functies en onderdelen te combineren en productieketens te verkorten.
Dit opent perspectieven voor lichtere machines, duurzamere ontwerpen en innovatieve structuren die vroeger onmogelijk waren. Toch blijft de rol van de engineer cruciaal: het algoritme houdt geen rekening met toleranties, veiligheidsnormen of maakbaarheid. De toekomst van engineering ligt in de balans tussen rekenkracht en menselijk inzicht.
Sterker nog, bij additive manufacturing verschuift veel werk van productie, logistiek en montage naar de engineeringfase. Juist aan de voorkant moet je de juiste keuzes maken om het ontwerp optimaal te laten functioneren.
Conclusie: nieuwsgierigheid als motor voor innovatie
Wat begon met een fragment uit een bekend tv-programma op YouTube, groeide uit tot een leerzaam project dat liet zien hoe moderne tools ons vak veranderen. Voor Benjamin betekende het persoonlijke groei en verdieping in nieuwe technieken, waarbij hij zich aansluit bij de ervaring en kennis van zijn ervaren collega's. Voor MechDes onderstreepte het hoe belangrijk het is om engineers ruimte te geven om te experimenteren.
Topologie-optimalisatie is geen wondermiddel, maar wel een krachtig hulpmiddel dat laat zien hoe engineering slimmer en lichter kan worden. Door er nu mee te werken, bereiden we ons voor op de uitdagingen van nu en morgen.
De belangrijkste les is misschien wel deze: innovatie begint vaak met nieuwsgierigheid en met de durf om te zeggen: hoe zou ik dit zelf kunnen doen?
Ruimte om te leren bij MechDes
MechDes is een werktuigbouwkundig ingenieursbureau met meer dan 30 jaar ervaring in de ontwikkeling van special equipment en tooling & machines. We opereren in diverse markten, waaronder automotive, energie en offshore, intralogistiek, civiel en water, maakindustrie en machinebouw. Bij elk project combineren we technische expertise met betrokkenheid en innovatie, altijd gericht op duurzame en efficiënte oplossingen.
Onze engineers combineren innovatie, grondigheid en betrokkenheid met een scherp oog voor praktische maakbaarheid. Binnen MechDes krijgt iedere engineer de ruimte om te leren, zichzelf uit te dagen en trots te zijn op het resultaat. Juist wanneer plezier en nieuwsgierigheid centraal staan, ontstaan ontwerpen die onze klanten vooruithelpen.
