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Einen Fortschritt voraus – Ein Ausblick der Firma CONWEX auf die Technik von Morgen

Generative Design – Teil 1/3

19.04.2021 – CONWEX GmbH

Konstruktionen und Entwicklungen basieren auf Ideen, die durch ein CAD System modelliert und visualisiert werden, in einem CAD System hat man den großen Vorteil, dass dieses Modell mit realistischen Dimensionen in Form von Maßen erstellt werden kann. Natürlich kann eine CAD Software noch viel mehr aber es geht grundsätzlich darum, dass wir alle Maße eines Fertigungsteils angeben und das Bauteil so gestalten das es im jeweiligen Fertigungsverfahren hergestellt werden kann.

Beim generativen Design kommen wir von einer ganz anderen Richtung, auch hier gibt es die Möglichkeit mit einem sehr grob vorkonstruierten Bauteil ins Rennen zu gehen, aber grundsätzlich reicht es die Schnittstellen zu definieren und die richtige Lücke zu lassen um die Größe und den Bauraum, sowie Störkonturen festzulegen. 

Es geht also nicht darum mit einem „Klotz“ zu starten und diesen durch Bohrungen und Bearbeitung in benötigte Form zu bringen, sondern wir legen zusätzlich zu unserem Bauraum und unseren Befestigungspunkten Lasten, Druck, Schwerkraftrichtung, und somit die Zielparameter fest.

Durch die Weiterentwicklung der Software in den letzten Jahren kamen zu diesen klassischen Parametern und Angaben noch Materialeigenschaften, Fertigungsverfahren, und Ökologische Ziele hinzu. Recycling spielt bei neuester Software eine große Rolle. Somit kann auch angegeben werden welche Ziele man mit dem Bauteil erreichen will, hohe Stabilität bei geringstem Gewicht zum Beispiel.

Mit all diesen Faktoren werden durch die jeweilige Software mehrere Varianten von unserem Wunschbauteil generiert. Diese können dann verglichen und noch weiter optimiert werden. Besonders in Sachen 3D-Druck schafft das eine Basis für unendliches Potenzial.

Quelle: Google

Brauchen wir dann überhaupt noch Konstrukteure? Spoiler „ja“ 

Der Grundsatz jeder Software für generatives Design basiert auf einer erweiterten topologischen Berechnung. Ähnlich einer statischen Berechnung mit Lasten und Drücken. Hierzu wird definitiv Fachwissen benötigt. Auch in Sachen Materialauswahl und Fertigungsverfahren fragt man besser den Konstrukteur seines Vertrauens. Aber am wichtigsten ist, Generative Design ersetzt nicht die Idee oder die Konzeption eines Bauteils. Die Idee muss stehen und Ziele müssen definiert werden.

Oft ist dieser Prozess sogar komplexer als eine „normale“ Bauteilkonstruktion da man Entscheidungen die man sonst aus dem Bauch heraus trifft, exakt definieren muss. Außerdem muss das generierte Endprojekt oft noch bearbeitet und optimiert werden.

Leider ist der Gesamtprozess aktuell noch sehr langwierig und mit vielen Hürden versehen. Aber wir arbeiten seit einiger Zeit an einer Kooperation mit einem Softwarepartner der sich rasant weiterentwickelt und sich das Ziel gesetzt hat, das generative Design zu vereinfach und vor allem zu Beschleunigen.

Der Twist mit dem Mindset

Bleiben wir zur Einfachheit im 3D Druck Bereich. Konstrukteure stehen jeden Morgen auf und konstruieren wie selbstverständlich ein Dreh- oder Frästeil und Baugruppen, warum geht das nicht auch mit 3D Druck teilen oder Bauteilen aus dem generativen Design?

Nur wenn man an einen Punkt kommt, an dem man ein 3D Druckteil so selbstverständlich anfängt und drauf los konstruiert wie bei einem Fräs- oder Drehteil und dies auch in die Gedanken die man sich bei Idee und Entwicklungen macht einzubeziehen, in Kombination mit Basiswissen, kann man mit 3D Druck unglaublich viel Potenzial freisetzen und das generative Design ist der Schlüssel zur Perfektion dieser Bauteile.

Aber warum generatives Design?

Durch generatives Design werden Bauteile in Ihren Konturen und Abmaßen oft hoch kompliziert, aber das kann uns egal sein, denn diese komplexen Strukturen wurden nicht durch hohen Zeitaufwand und somit Personalkosten erstellt, diese Denkweise fehlt mir noch in den Köpfen der Entscheider, kompliziertes Teil = Teuer, stimmt an dieser Stelle einfach nicht.

Ganz im Gegenteil durch die Strukturen wird als Beispiel nicht nur Gewicht sondern auch Druckzeit und Material gespart. Oder wir generieren ein Frästeil was nur mit einem einzigen Werkzeug gefräst werden kann, oder ein Gussteil mit optimalen Schrägen und Zugängen und vieles mehr.

Besonders spannend finde ich an dieser Stelle die Optimierung von Oberflächen, nimmt man als Beispiel ein Rohr das in alle Richtungen gebogen sein soll, zusätzlich mit verschiedenen Anschlüssen und Befestigungsmöglichkeiten, ist dieses Rohr nicht nur sehr teuer konventionell herzustellen, sondern auch mit hohem Konstruktionsaufwand und einigen zusammengeschweißten Einzelteilen verbunden.

3D Druck ohne Optimierung ist auch keine gute Lösung da als Beispiel die Wandstärke sehr dick ist, besonders im SLS Verfahren viel Material verbraucht wird und die Druckzeiten in die Höhe rauschen.

Hier kann eine Oberflächenoptimierung helfen das Rohr im inneren zu belassen und für den richtigen Druck auszulegen, aber die Oberfläche mit Strukturen und Mustern zu versehen die bei hoher Festigkeit sehr viel Material und Zeit sparen.

nTop generative design

Quelle: https://ntopology.com/

Was sind unsere Ziele im Generative Design?

Wir bringen in Sachen 3D Druck sehr viel Erfahrung mit und beschäftigen uns schon länger mit dem Thema Generative Design, in beinahe jeder unserer Konstruktionen, Maschinen und Anlagen sind 3D Druckteile verbaut. Durch eine Kooperation mit einem speziellen Software Partner bekommen wir die Möglichkeit unser Portfolio in Sachen Generative Design und Topologieoptimierung stark zu erweitern. Damit verfolgen wir folgende Ziele:

 

  • Unterstützung bei der Entwicklung von Bauteilen
  • Integration von Generative Design im Mittelstand
  • Optimieren und umwandeln von Bestandsbauteilen
  • Verkürzung von Durchlaufzeiten, Ergebnisse in wenigen Stunden
  • Verknüpfung mit dem richtigen Hersteller und Lieferant
Geratives Design

Quelle: Autodesk

Wohin geht die Entwicklung? Ausblick auf Teil 2/3

Eins ist sicher, auch im Engineering wird sich die Welt verändern. Es gibt bereits sehr viele webbasierende Baukästen und Konstruktionsprogramme von unterschiedlichsten Herstellern wie z.b. Förderbändern oder Regale die man sich selber zusammenstellen kann.

KI ist hier das Zauberwort. Programmierte und hoch automatisierten Konstruktionen basierend auf KI befinden sich jetzt schon in der Entwicklungsphase. Je komplexer diese Algorhytmen werden, desto besser wird es durch einfache Auswahlfelder und Filter seine eigene Konstruktion ohne Vorkenntnisse erstellen zu können.

Meiner Meinung nach kann so eine Software in naher Zukunft auch bei der Entwicklung von Sonderlösungen eingesetzt werden. Der Virtuelle Zwilling, Simulationssoftware, Generative Design sind nur der Wegbereiter für zum Beispiel Generative Assemblies (Generative Baugruppen – Das Wort habe ich gerade erfunden). Warum soll man noch Schraubverbindungen aussuchen, auslegen und pflegen wenn die Software sich selbst für eine optimale Verbindungsmöglichkeit entscheiden kann. Aber dazu mehr in unseren nächsten Teilen.

Engineering ist ein sehr emotionales Thema und Ideen und Innovationen sind ein wichtiges Gut. Trotzdem gibt es in Zukunft noch viele spannende Entwicklungen die wir aktuell weder greifen noch verstehen können.

Ihr habt Fragen zu diesem Thema oder benötigt Unterstützung bei einem Projekt?

Meldet euch bei uns: info@conwex.de

Herzlichen Dank auch an unsere Partner die uns in Sachen 3D-Druck und Engineering Vertrauen und uns bei spannenden Projekten unterstützen.

https://www.goetz-maschinenbau.de/

https://www.weber-development.de/

Vielen Dank für´s lesen.

Jan Windmüller - CONWEX GmbH

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