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Welche Software zur Topologieoptimierung gibt es für die additive Fertigung?

Auf 23. September 2021 von Regina P. veröffentlicht

Bei der Topologieoptimierung handelt es sich um eine mathematische und softwaretechnische Methode, die darauf abzielt Material innerhalb eines gewissen Volumens so zu verteilen, dass die bestmögliche Grundgestalt entsteht, welche größtmöglichen Belastungen standhalten kann.  Das Verfahren wird im digitalen Designprozess und insbesondere im Bereich der additiven Fertigung eingesetzt, da dadurch der Materialeinsatz reduziert werden kann ohne dass die gewünschten mechanischen Eigenschaften verloren gehen. Mit anderen Worten, Anwender können ihren Entwicklungsprozess optimieren und dabei Kosten sparen. Inzwischen bieten mehrere Unternehmen eine Software für die topologische Optimierung an oder zumindest Produkte, welche diese Funktion abdecken. Werfen Sie also gerne einen Blick auf unsere Auswahl, in welcher wir die heute am Markt verfügbaren Angebote vorstellen!

3DXpert

Bei 3DXpert handelt es sich um eine All-in-One-Software von 3DSystems. Mit  3DXpert soll der additive Fertigungsprozess vom Design bis zur Nachbearbeitung optimal begleitet werden. Anwender können mit der Software innovative Baugruppen modellieren und optimieren. Teile werden folglich aus weniger Einzelteilen hergestellt, verfügen über eine höhere Festigkeit, eine optimierte Struktur und punkten mit geringerem Gewicht. Dadurch erhöht sich die Effizienz der 3D-gedruckten Teile, was vor allem für die Herstellung von patientenspezifischen Implantaten oder für Teile mit komplexen anatomischen Geometrien von großer Bedeutung ist. Zu den wesentlichen Vorteilen der Software zählen die unterstützenden Funktionen für die Druckvorbereitung, Druck Simulation und Optimierung, die Workflow Automatisierung sowie die Datenintegrität.

Altair Inspire

Altair Engineering, ein Anbieter von Software- und Cloud-Lösungen, hat in den letzten Jahren gleich mehrere 3D-Modellierungslösungen entwickelt. Einige davon richten wurden dabei insbesondere für die additive Fertigung konzipiert. Das Unternehmen hat auch topologische Optimierungswerkzeuge entwickelt, unter anderem OptiStruct, dieses ist auch bei Altair Inspire integriert. OptiStruct stellt eine CAD-Modellierungssoftware für Anwender des 3D-Drucks dar, da die Software es den Anwendern ermöglicht, die Teile zu visualisieren, Strukturen hinzuzufügen, vorhandene Geometrien zu vereinfachen usw. Die topologische Optimierungsfunktion bietet darüberhinaus weitere Einstellungsmöglichkeiten wie die Temperatur, die Festlegung bestimmter Optimierungsziele, Schwerkraft, Verschiebungen sowie die auftretende Belastung.

Ansys Discovery

Ansys Discovery stellt eine 3D-Designsoftware Produktfamilie des amerikanischen Unternehmens Ansys dar, welches Simulationssoftware für das Ingenieurwesen anbietet. Die als 3D-Simulationssoftware konzipierte Software vereint dabei Physiksimulation, High-Fidelity-Simulation und die Geometriemodellierung in einer benutzerfreundlichen Oberfläche. Die Topologieoptimierung stellt dabei nur einen Teil der Software dar. Nach Angaben des Unternehmens soll die Simulationssoftware Ingenieure befähigen, Modelle schneller zu entwickeln, was dank der Simulation bei der Erstellung des Designs gelingt.

Topological Optimization

CogniCAD

ParaMatters ist eine völlig autonome und intuitive generative Design-, Simulations- und Fertigungs-Cloud-Plattform, die Benutzern bei der Optimierung der Schritte vom Design bis zur Fertigung unterstützt. Innerhalb der Plattform findet sich auch eine Softwarelösung zur Topologieoptimierung, die den Namen CogniCAD trägt. Die Cloud-Plattform ist deshalb interessant, weil sie eine Reihe nützlicher Funktionen für die 3D-Konstruktion bietet, z. B. eine vollautomatische 1-Klick-Konstruktion von Stützstrukturen für SLA und DLP, einschließlich der Steuerung der Überhangwinkel, der Gittergröße sowie Balkenbreite, der Kontaktpunktdicke und vielem mehr. Dabei werden die Mode als STL für die additive Fertigung abgespeichert. CogniCAD stellt dabei eines der wenigen Angebote dar, welches die Topologie-Optimierung für mehrere Materialien ermöglicht, was von entscheidender Bedeutung sein kann, da bei der additiven Fertigung zunehmend mehr Materialien für ein einzelnes Teil verwendet werden.

Creo

Parametric Technology Corporation (PTC) ist ein amerikanisches Unternehmen, das mehrere Softwareprodukte für das sogenannte Internet der Dinge und Augmented-Reality entwickelt hat. Außerdem hat der Hersteller Creo entwickelt, eine CAD-Lösung, die sich auf dem Markt der additiven Fertigung bereits etabliert hat, weil sie Benutzer befähigt, Modelle zu entwerfen, zu optimieren und zu validieren, bevor diese an den Drucker gesandt werden. Heute gibt es mehrere Versionen von Creo; In unserer Auswahl wollen wir Ihnen jedoch die Creo Generative Topology Optimization (GTO) Extension vorstellen. Die Software ist mit Creo 7 und Creo 8 kompatibel und ermöglicht es, etwaige Einschränkungen bzw. Anforderungen an das 3D-Modell zu definieren und dabei das zu verwendende Material sowie das Fertigungsverfahren zu berücksichtigen. Letztendlich handelt es sich um eine Lösung, die Ihren Workflow effizienter gestalten wird, da sämtliche Spezifikationen berücksichtigt werden können.

Topological Optimization

Netfabb

Netfabb wurde im Jahr 2015 von Autodesk übernommen und stellt primär eine Softwarelösung zur Vorbereitung des Produktionsprozesses dar. Zu den wichtigsten Funktionen gehören die Konvertierung und der Import von Modellen aus verschiedenen CAD-Anwendungen, die Maximierung der Anzahl der druckbaren Teile sowie die Designoptimierung für die additive Fertigung. Aufgrund der großen Designfreiheit, die der 3D-Druck bietet, hat Netfabb die topologische Optimierung in seine Softwarelösung integriert. Mit dem Programm kann also nicht nur den Druckprozess vorbereitet werden, sondern auch Fehler während des Druckvorgangs reduziert werden, indem das Programm vorschlägt, wie die Teile für den Druck optimiert werden müssen, damit diese auch stabil genug sind. Netfabb ist in 4 verschiedenen Versionen erhältlich: Standard, Premium, Ultimate und Simulation, der Preis variiert je nach Version.

nTopology

nTopology ist ein Unternehmen mit Sitz in New York, welches sich auf die Entwicklung einer Softwarelösung spezialisiert hat, welche die Erstellung von komplexen Geometrien dank topologischer Optimierung und generativem Design ermöglicht. Das Programm ist in der Lage, die fortschrittlichsten Konstruktions- und Fertigungsprobleme zu lösen und dabei einzigartige, leistungsstarke Teile zu erzeugen. Die Software verfügt über eine Vielzahl von Tools, dazu zählen Funktionen zur Konstruktionsautomatisierung sowie zur Erhöhung der Komplexität in der fortgeschritten Fertigung. nTopology eignet sich für all jene, die die additive Fertigung zur Herstellung von leichteren Teilen bei gleichzeitiger Senkung der Produktionskosten nutzen wollen.

Siemens NX

Auch Siemens hat mit NX eine eigene Softwarelösung entwickelt, die es dem Benutzer ermöglicht die Vorteile der additiven Fertigung optimal zu nutzen, indem die Modellierungsschritte vereinfacht werden. Konkret ermöglicht das Tool den Anwender die Erstellung des Designs für den 3D-Druck, die Visualisierung, multiple Iterationen etc. Unter den vorhandenen Funktionalitäten ist die topologische Optimierung Teil des sogenannten Convergent Modeling. Das Unternehmen versteht darunter die Möglichkeit, traditionelle Geometrien mit Netzmodellen im selben Modell zu konvergieren. Der Anwender muss dabei nicht mehr mit einem anderen Dateiformat arbeiten und dieses zur Optimierung exportieren: alles geschieht auf derselben Plattform. NX ist deshalb  keine Software zur reinen Topologieoptimierung: Die Software ist viel mehr eine Komplettlösung, die diverse Funktionenh für die additive Fertigung bietet.

Topological Optimization

Solid Edge

Auch Solid Edge gehört zu Siemens und ist eine der beliebtesten Softwarelösungen zur Erstellung dreidimensionaler Modelle. Das Programm wurde 1996 von der Firma Intergraph eingeführt und zählt noch heute zu den am häufigsten verwendeten Software Angeboten, auf die die Experten aus der Welt der additiven Fertigung vertrauen. Für die Branche ist eine der Stärken von Solid Edge das generative Design, das in Verbindung mit der Topologieoptimierung dazu beiträgt, dass die druckbaren Teile leichter werden und weniger Material benötigen. Es können 4 Arten der Software im Rahmen von Lizenzen erworben werden – abhängig von der Verwendung und den für die 3D-Konstruktion benötigten Funktionen.

SolidThinking

Obwohl das Unternehmen mittlerweile zu Altair gehört, wollen wir Ihnen auch die Topologie-Optimierungssoftware von solidThinking vorstellen, welche über die Jahre hinweg sehr beliebt war: Inspire 2018. Die Software, die von solidThinking als eine der leistungsstärksten und benutzerfreundlichsten Lösungen für generatives Design bzw. Topologieoptimierung in der Branche bezeichnet wird, verfügt über eine Reihe an Funktionen die dem Anwender dabei helfen sollen, Konstruktionen schnell zu erstellen, die Kosten sowie die Entwicklungszeit zu reduzieren unter optimalem Einsatz des Materials und Minimierung des Bauteilgewichts. Denn all dies sind entscheidende Faktoren wenn es um die Herstellung von additiv gefertigten Teilen geht. Die letzte Version aus dem Jahr 2018 beinhaltet die Möglichkeit, optimierte Gitter- und gemischte Festkörper-Gitter-Strukturen zu erzeugen, die dann in eine STL-Datei exportiert werden können, und bietet (DfAM) Parameter mit Überhangkontrolle.

Topologieoptimierung

Sulis

Mit Sulis will der Softwarehersteller Gen3D den additiven Fertigungsprozess innovieren. Die DfAM-Software gibt dem Benutzer sofortiges Feedback zur Geometrie und unterstützt bei der Festlegung des Drucklayouts. Dafür stehen unterschiedliche Bearbeitungswerkzeuge zur Verfügung, welche mittels Click-and-Drag den Modellierungsprozess beschleunigen.  Außerdem können Benutzer ihrem Modell mit Sulis Gitterstrukturen hinzufügen und diese im Detail planen. Mit seinen Softwarelösungen will das britische Unternehmen es Konstrukteuren ermöglichen, ihre Vorlaufzeiten zu verkürzen und Kosten zu senken. Der AM-Spezialist hält einen Kundenstamm aus verschiedenen Industriezweigen, darunter die Luft- und Raumfahrt, der Automobilbau, die Medizintechnik sowie Industriemaschinen Hersteller.

Tosca

Tosca ist eine Optimierungs-Suite von Dassault Systèmes. Dabei handelt es sich um eine leistungsstarke Struktur- und Strömungsoptimierungslösung, die auf FEA- und CFD-Simulationen basiert. Das Unternehmen bietet dabei zwei Produktlösungen an: Tosca Structure und Tosca Fluid. Tosca Structure kann zur Optimierung in der Konstruktion von leichten, steifen und langlebigen Teilen eingesetzt werden. Dank der Topologieoptimierung kann der Entwicklungsprozess sowie die Markteinführungszeit reduziert werden. Ein Vorteil, den unter anderem Automobilhersteller zu nutzen wissen. Die aktuelle Version von Tosca wird mit Python 3.7.1 geliefert und wurde um eine automatische Erstellung von Stoppbedingungen verbessert. Das zweite Produkt, Tosca Fluid, dient zur Konstruktion und nichtparametrischen Flüssigkeitsströmungstopologie für Komponenten und Systeme.

 

Was halten Sie von unserer Auswahl von Softwarelösungen zur Topologieoptimierung? Lassen Sie uns zu diesem Thema gerne einen Kommentar da oder teilen Sie es uns auf FacebookTwitterLinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter!

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