{"id":24931,"date":"2020-07-14T00:01:28","date_gmt":"2020-07-13T22:01:28","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=24931"},"modified":"2021-06-09T16:46:39","modified_gmt":"2021-06-09T14:46:39","slug":"generatives-design-additive-fertigung-140720201","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/generatives-design-additive-fertigung-140720201\/","title":{"rendered":"Wie beeinflusst generatives Design die additive Fertigung?"},"content":{"rendered":"

Generatives Design is ein iiterativer Entwurfsprozess, der mehrere Entwurfsergebnisse erzeugt, bei denen vordefinierte Nebenbedingungen ber\u00fccksichtigt werden. Dieser Prozess wird in verschiedenen Bereichen wie Kunst, Architektur und Produktdesign eingesetzt, um Sounds, Bilder oder auch CAD<\/a>-Modelle<\/strong> zu erzeugen. Einer der Hauptvorteile des generativen Designs besteht darin, dass es eine schnelle Methode zur Aussch\u00f6pfung der Designm\u00f6glichkeiten ist. Beispielsweise erm\u00f6glicht diese Designtechnik die Bewertung vieler Hunderte, wenn nicht gar Tausender m\u00f6glichen L\u00f6sungen<\/strong> innerhalb eines relativ kurzen Zeitrahmens.<\/p>\n

In der Welt der additiven Fertigung<\/a> wird diese Konstruktionsmethode zur Optimierung von Teilen eingesetzt. Der Prozess des generativen Designs beginnt innerhalb einer Software, die CAD-f\u00e4hige Optionen auf der Grundlage von realen Randbedingungen und Leistungsanforderungen erzeugen kann. Durch die Definition dieser Nebenbedingungen und Anforderungen k\u00f6nnen Ingenieure zum Beispiel ein leichteres Endgewicht, Leistungsverbesserungen oder eine Steigerung der Nachhaltigkeit erreichen. Generatives Design ver\u00e4ndert den Designprozess, da Ingenieure Herausforderungen l\u00f6sen und Designs entwickeln k\u00f6nnen, die sie alleine nicht in der k\u00fcrze der Zeit\u00a0 konzipieren k\u00f6nnen.<\/p>\n

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Ingenieure k\u00f6nnen per generativem Design eine leichte Gewichtung, Leistungsverbesserungen, Teilkonsolidierung oder Nachhaltigkeit erzielen (Bildnachweis: Autodesk)<\/p><\/div>\n

Heutzutage gibt es auf dem Markt mehrere L\u00f6sungen, die auf die Anforderungen verschiedener Sektoren ausgerichtet sind. Peter Rogers, APAC Additive Manufacturing Product Specialist bei Autodesk, erl\u00e4utert den Prozess des generativen Designs f\u00fcr die additive Fertigung im Detail: „Es ist keine Ausgangsgeometrie erforderlich. Die Benutzer geben die Bereiche ein, die das Teil behalten muss (die erhaltenen Bereiche), die Bereiche, in die das Material nicht eindringen darf (die Sperrfl\u00e4chen) und dann die Leistungsanforderungen (eingeschr\u00e4nkte Bereiche, Kr\u00e4fte und Belastungen auf das Bauteil). Von dort aus k\u00f6nnen Sie mehrere Materialien, auf die Sie Zugriff haben, und Fertigungskriterien (wie z.B. Mindestwandst\u00e4rke und St\u00fctzwinkelkriterien f\u00fcr die Additive, Bohrergr\u00f6\u00dfe f\u00fcr CNC usw.) eingeben. Sie geben einige grundlegende Anleitungen in Bezug auf die Ziele ein, und das Tool verwendet die fortschrittlichen Entwurfsalgorithmen von Autodesk parallel zur Simulationstechnologie, um validierte, kostengesch\u00e4tzte, herstellbare Geometriel\u00f6sungen f\u00fcr das definierte Entwurfsproblem zu erstellen.“<\/em><\/p>

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Was sind die Vorteile von generativem Design?<\/h3>\n

Um Entwurfsm\u00f6glichkeiten entsprechend der speziellen Anforderungen zu erforschen, st\u00fctzt sich generative Entwurfssoftware auf k\u00fcnstliche Intelligenz<\/a> und maschinelles Lernen, um den evolution\u00e4ren Ansatz der Natur beim Entwurf nachzuahmen. Mit anderen Worten: Die Software erforscht alle m\u00f6glichen Kombinationen, um alle m\u00f6glichen L\u00f6sungen zu finden. Einige verwechseln vielleicht immer noch andere Entwurfstechniken, wie z.B. Topologie-Optimierung<\/a> mit generativem Design. Tod W. Parrella, NX-Produktmanagement bei Siemens Digital Industries Software, erkl\u00e4rt den Unterschied: „Die Topologie-Optimierung optimiert die Form des Produkts, um Systemanforderungen wie Festigkeit, Gewicht, K\u00fchlung oder Str\u00f6mung zu erf\u00fcllen. Generative Engineering erforscht den Designraum von Optionen und M\u00f6glichkeiten auf einer h\u00f6heren Ebene und in einem breiteren Ma\u00dfstab und bewertet multidisziplin\u00e4re Anforderungen mit der F\u00e4higkeit, gegen mehrere Ziele zu l\u00f6sen.“ <\/em>Anstatt ein einziges Konstruktionsergebnis mit Topologieoptimierung zu bewerten, k\u00f6nnen Ingenieure daher eine Vielzahl von Konstruktionsergebnissen mit generativem Design vergleichen und ber\u00fccksichtigen.<\/p>\n

Die M\u00f6glichkeiten, die der generative Entwurf den Unternehmen bieten kann, sind enorm. Zum Beispiel bedient Siemens 8 Kernindustrien auf dem Markt, um die Produktleistung zu verbessern. Wie bereits erw\u00e4hnt, k\u00f6nnen einige der Anforderungen Gewicht, Struktur, Montage, aber auch Herstellungskosten ber\u00fccksichtigen. Parrella erl\u00e4utert einige der Vorteile in realen Anwendungen: „Produktleichtbau bringt der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Energieindustrie h\u00f6here Leistung und gr\u00f6\u00dfere Kraftstoffeffizienz. Medizinische Implantate<\/a> mit por\u00f6ser Struktur verbessern die Haftung des Knochenwachstums und verbessern die Ergebnisse f\u00fcr den Patienten. Reduzierte Montagekomplexit\u00e4t bringt erhebliche Einsparungen bei der Herstellung durch geringere Werkzeug- und Montagekosten. Massenoptimierung verbessert die Leistung von schweren Ger\u00e4ten. Und ein erh\u00f6hter Luftmassenstrom bringt eine verbesserte K\u00fchlleistung f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt und die Unterhaltungselektronikindustrie“<\/em><\/p>\n

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Generatives Design kann das Gewicht eines Teils reduzieren und zugleich dessen Belastbarkeit gew\u00e4hrleisten<\/p><\/div>\n

Wie passen generatives Design und 3D-Druck zusammen?<\/h3>\n

Wie Sie vielleicht wissen, geh\u00f6rt das generative Design zur Familie der Design for Additive Manufacturing (DfAM)-Techniken. Da die additive Fertigung eine neue Ebene der Designfreiheit erm\u00f6glicht, ist es sinnvoll, sie f\u00fcr komplexe Modelle einzusetzen, die eine flexiblere Fertigungsmethode erfordern. Allerdings ist Additive Manufacturing nicht immer die Technologie, die Sie mit generativem Engineering einsetzen m\u00f6chten. Rogers erkl\u00e4rt dies ausf\u00fchrlicher: „Viele Teile werden per 3D-Druck hergestellt, die mit traditionellen Fertigungsmethoden effektiver hergestellt werden k\u00f6nnten. Mit dem richtigen Design k\u00f6nnten traditionell gefertigte Teile jedoch viel effektiver hergestellt werden, wodurch die Leistung der Teile erh\u00f6ht und der Abfall durch den Einsatz der additiven Fertigung reduziert werden k\u00f6nnte. Es geht \u00fcberhaupt nicht darum, alle Designs auf additive Fertigung zu dr\u00e4ngen, sondern sicherzustellen, dass das richtige Design in die richtige Fertigungstechnologie einflie\u00dft, um das w\u00fcnschenswerteste Ergebnis zu erzielen.“<\/em><\/p>\n

Dennoch kann die Designfreiheit, die durch additive Fertigungstechnologien erm\u00f6glicht wird, sehr vorteilhaft sein, um die M\u00f6glichkeiten des generativen Designs zu nutzen. So ist es beispielsweise m\u00f6glich, L\u00f6sungen f\u00fcr die strukturelle, thermische und str\u00f6mungstechnische Optimierung zu finden, aber auch f\u00fcr die ingenieurm\u00e4\u00dfige Optimierung der Teileausrichtung, z.B. zur Minimierung der Oberfl\u00e4che, des St\u00fctzvolumens, der \u00dcberhitzung oder der Druckzeit. Letztendlich „h\u00e4ngt die Fertigungstauglichkeit von vielen Variablen wie Materialien, Fertigungsvolumen und Zielproduktionskosten ab<\/em>„, erkl\u00e4rt Parrella. Die Hauptvorteile erkl\u00e4rt Parrella folgenderma\u00dfen: „M\u00f6glichkeiten, die Komplexit\u00e4t der Produktmontage durch die Konsolidierung von Teilen deutlich zu reduzieren, gr\u00f6\u00dfere M\u00f6glichkeiten, personalisierte und ma\u00dfgeschneiderte Produkte auf den Markt zu bringen, und eine erheblich gr\u00f6\u00dfere Fertigungsflexibilit\u00e4t.“<\/em><\/p>\n

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Bildnachweis: Siemens<\/p><\/div>\n

Die Entwicklung des generativen Designs korreliert direkt mit der Rechenleistung und den j\u00fcngsten Fortschritten bei den Rechenalgorithmen, einschlie\u00dflich der Fortschritte bei der k\u00fcnstlichen Intelligenz. Gleichzeitig sind die 3D-Drucktechnologien reifer geworden und gehen nun in gro\u00dfem Ma\u00dfstab in die Produktion. Angesichts dieser Entwicklungen, kommentiert Peter Rogers: „Bei der additiven Fertigung stellen wir fest, dass geringes Gewicht allein meist nicht ausreicht. Um den Einsatz der additiven Fertigung besser zu rechtfertigen, m\u00fcssen wir auch die Leistung und Funktionalit\u00e4t der Teile erh\u00f6hen, und dies wird durch die Hinzuf\u00fcgung von auf dynamischer Simulation basierender generativer Konstruktion zur Optimierung der Str\u00f6mungsraten, Optimierung der thermischen Effizienz, Schwingungsreduzierung usw. deutlich. Sobald diese Simulationsm\u00f6glichkeiten dem generativen Designprozess hinzugef\u00fcgt werden, werden wir wirklich sehen, dass der Einsatz von additiven Fertigungsmethoden dessen Bl\u00fctezeit erreicht.“<\/em><\/p>\n

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