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Was ist generatives Design?

Einleitung

Generatives Design hat die Möglichkeit, die Fertigungslandschaft nachhaltig zu verändern. Als Unterstützung in Ihrem Fertigungsprozess, ist es für Unternehmen aus allen Branchen geeignet. In diesem Artikel werden wir erläutern, was generatives Design ist, wie genau es funktioniert und die Verwendung von generativem Design für die additive Fertigung diskutieren! Wer profitiert von dieser Technik und welche Auswirkungen wird diese Designmethode in der Zukunft auf die Fertigung haben? Lesen Sie weiter und finden Sie die Antworten auf Ihre Fragen.

Was ist generatives Design?

Generatives Design ist ein iterativer Designprozess, bei dem eine Software eine Reihe von Designs, auf Grundlage bestimmter Einschränkungen, generiert. Das ist eine Art computergestützter Methodik, welche eine Iteration eines Designs basierend auf definierten realen Einschränkungen und Bedürfnissen erstellt. Designer oder Ingenieure geben Parameter, Einschränkungen, beabsichtigte Ergebnisse, Anforderungen, Materialien und Fertigungsmethoden in die generative Design-Software ein. Diese erforscht daraufhin alle Möglichkeiten und Permutationen einer Lösung. Mit Hilfe dieser Informationen entwirft die Software mehrere Lösungen.

Das generative Design ist eine effiziente Lösung, um optimierte Bauteile zu erhalten. Dank dieser Software können leichtere, verstärkte und langlebigere Teile erstellt werden. Auch wenn mit dieser Technik perfekt optimierte Designs erstellt werden können, ist es wichtig zu erwähnen, dass sich die Verwendung generativer Design-Algorithmen von Design-Optimierungstechniken wie der Topologieoptimierung unterscheidet! Der Unterschied ist, dass die Topologieoptimierung das Teil und das Design optimiert, indem sie Material aus einer bestehenden Datei entfernt, die Form des Produkts verbessert, seine Festigkeit, Kühlung oder sein Gewicht verändert. Das generative Design benötigt kein fertiges Design, sondern nur grundlegende Informationen und Anforderungen, welche es dann ermöglichen, den Designraum der Möglichkeiten zu erkunden!

Wie funktioniert generatives Design?

Bei der Arbeit mit Kunden müssen Ingenieure und Designer das Projekt in der Regel auf Basis mehrerer Anforderungen entwickeln. Anstatt von Grund auf mit der Arbeit an einem Entwurf zu beginnen, teilen Sie dem Programm bei einem generativen Entwurfsprozess mit, was Sie erreichen müssen. Es werden Entwurfsziele festgelegt und verschiedene Parameter genannt. Um das Projekt zu starten, wird keine Geometrie benötigt. Nach den Eingaben liefert die Software Ihnen Hunderte oder Tausende Designoptionen. Zudem kann die künstliche Intelligenz auch eine eingehende Analyse des Designs vornehmen und feststellen, welche die effizienteste ist! Diese Methode ist perfekt, um Designmöglichkeiten zu erkunden, mit dem Sie ein optimales Teil erhalten.

Programme, die generative Designoptionen ermöglichen, nutzen die Leistung von Cloud-Computing und maschinellem Lernen, um neue Lösungen zu erkunden. Es testet und lernt aus allen Iterationen und speichert, was funktioniert und was nicht. Generatives Design ist im Rahmen einiger CAD-Software verfügbar, z.B. bei Fusion 360 von Autodesk, Creo von PTC und NX von Siemens.

Aber was muss man konkret tun, um Designs zu generieren? Auf Grundlage ihrer Vorgaben sucht die generative Design-Software basierend auf KI-Algorithmen nach dem besten Design. Mehr als diese Informationen werden nicht benötigt, um mit dem Projekt zu beginnen. Der erste Schritt des Prozesses ist die Eingabe von verschiedenen Informationen über das Design, welches generiert werden soll:

  • Informationen über die physikalischen Randbedingungen: Das ist die grundlegende Information, die für die Erstellung des Designs benötigt wird. Welches Gewicht und welche Größe sollen die Teile haben? Welche Bereiche sollten nicht eingenommen werden?
  • Informationen über Kraft, Druck und Last. Dies wird dem Algorithmus helfen, zu entscheiden, wo das Teil verstärkt werden muss und wo Bereiche liegen, die Belastungen ausgesetzt sind.
  • Informationen über die Materialien, auf die Sie Zugriff haben und die für die Erstellung des Teils in Frage kommen. Diese Information hilft dem Programm, die Konstruktionsfreiheit, welche für die Erstellung dieser Datei zur Verfügung steht, zu verstehen. Auf diese Weise wird die Software z. B. in Bereichen mit hoher Beanspruchung, Material hinzufügen und in Bereichen mit geringer Beanspruchung Material reduzieren.
  • Informationen über den Fertigungsprozess: Wird die additive Fertigung oder CNC-Bearbeitung verwenden? Dies Information ist wichtig, da es sich um ein fertigungsgerechtes Design handeln muss und jedes Verfahren seine Besonderheiten hat.

Das Programm erstellt auf Grundlage dieser Kriterien eine Reihe an Designs. Danach wählt der Ingenieur oder Konstrukteur auf der Grundlage seiner eigenen Kriterien und Erfahrungen das Design aus. Durch den Erhalt dieser verschiedenen Lösungen können die verschiedenen Möglichkeiten miteinander verglichen werden. Um die evolutionäre Herangehensweise der Natur an das Design zu imitieren, basiert die generative Design-Software auf künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen.

Was sind die Vorteile von generativem Design?

Eigentlich können alle Branchen von einem generativen Designprozess profitieren. Mit seiner großen Auswirkung auf die Produktivität können Innovationsbranchen wie die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, der Maschinenbau, die Architektur oder die Konsumgüterindustrie von der Design-Exploration dieser Technik profitieren.

Der Einsatz von generativem Design hebt alle mentalen Grenzen der menschlichen Kreativität auf. Es schafft Designs und Geometrien, an die Sie vielleicht nie gedacht hätten! Generatives Design ist eine großartige Methode, um innovative Designoptionen zu schaffen. Sie ermöglicht es, leichtgewichtige Teile zu entwickeln, was ein enormer Vorteil für Branchen wie z.B. die Automobil- und Luftfahrtindustrie darstellt. Das liegt an der Verwendung von optimiertem Design und der Reduzierung der Materialmenge und der Verdichtung. Ein stabiles Objekt zu erhalten, ist definitiv von Nutzen und reduziert die gesamten Wartungs- und Herstellungskosten. Durch die Designfreiheit, die diese Fertigungstechniken bieten, können ganze Baugruppen durch ein einziges Teil ersetzt werden.

Dadurch, dass die Software das Design für Sie generiert, sparen Sie Zeit, reduzieren den Arbeitsaufwand und erhöhen Ihre Produktivität. All diese Vorteile wirken sich auch auf die Gesamtkosten Ihrer Produktion aus! Weniger Material, schnellere Designentwicklung, innovative und bereits optimierte Designs sparen Zeit und Geld bei Ihren Projekten!

Die unendlichen Möglichkeiten von generativem Design und der additiven Fertigung

Wenn Sie planen, Ihr Projekt mit Hilfe von 3D-Druck zu fertigen, könnte generatives Design eine interessante Lösung sein.

Design for Additive Manufacturing (DfAM) erfordert eine spezielle Ausbildung und Kenntnisse. Additive Fertigung an sich ermöglicht neue Möglichkeiten, indem sie mehr Freiheit und Flexibilität bietet. Das Design für diese Technologie schafft eine neue Art des Denkens und der Gestaltung von Objekten. Die Designentwicklung ist nicht von den Fertigungseinschränkungen traditioneller Technologien abhängig. Wenn Sie es gewohnt sind, für andere Fertigungstechniken zu entwerfen, kann es schwierig sein, diese Beschränkungen beim Entwerfen zu vergessen: Hier hilft das generative Design. Frei von Fertigungs- und Designeinschränkungen kann es helfen, innovative Teile zu entwickeln!

Lassen Sie uns einige Beispiele durchgehen, welche die Vorteile von generativem Design und additiver Fertigung unterstreichen.

Airbus und die Kabinenabtrennung

Welche Branche muss das Gewicht ihrer Komponenten mehr reduzieren als die Luft- und Raumfahrtindustrie? Eine Optimierung des Gewichts von Flugzeugkomponenten wirkt sich positiv auf die CO2-Emissionen sowie die Kosten aus.

Das ist einer der Gründe, warum der Flugzeughersteller Airbus generatives Design in seine Prozesse implementiert hat. Die Kabinenwand des A320 wurde so additiv nachgebaut.

War dieser Versuch ein Erfolg? Die Antwort lautet: Ja. Laut Airbus wiegt das neue Teil nur noch die Hälfte, wodurch 3.180 kg Treibstoff pro Teil eingespart werden. Diese Reduzierung könnte zu einer jährlichen Verringerung der CO2-Emissionen um 166 Tonnen pro Flugzeug führen!

Das Bauteil wurde ursprünglich für die additive Fertigung von Metall entwickelt.

generative design airbus

Airbus “bionic partition” – https://www.newequipment.com/research-and-development/article/22059780/what-generative-design-is-and-why-its-the-future-of-manufacturing

Wie wir an diesem Beispiel sehen können, unterstreicht die additive Fertigung tatsächlich die Vorteile des generativen Designs. Diese Fertigungstechnik ist perfekt geeignet, um komplexe und perfekt optimierte Geometrien zum Leben zu erwecken, die mit anderen traditionellen Fertigungsmethoden unmöglich zu erstellen sind.

Bugatti

Der Autohersteller Bugatti hat die generative Design-Software Siemens NX getestet. Sie generierten ein Design für ihr Flügelsteuerungssystem für den 1.500 PS starken Supersportwagen Chiron. Das Teil wurde aus Titan und Kohlefaser gedruckt. Dieser ganze Prozess führte zu einer optimierten Baugruppe mit einer Gewichtsreduzierung von mehr als 50 %.

Bugatti brackets

Bugatti

General Motors und die Sitzhalterung

Mit Hilfe von Autodesk erlebte auch der Automobilhersteller General Motors das Potenzial von generativem Design bei der Erstellung einer Sitzhalterung. Die 150 von Autodesk generierten Entwürfe waren tatsächlich 40 % leichter und 20 % stärker als die derzeit verwendete Halterung!

General Motors design

General Motors

Ist generatives Design die Zukunft der Fertigung?

Generatives Design hilft einigen großen Unternehmen wie Airbus dabei, große technische Herausforderungen zu lösen. KI wird immer mehr zur Norm und generatives Design könnte sich in Zukunft zur Hauptdesignmethode etablieren, denn Sie bietet weniger Verschwendung und mehr Produktivität.

Trotz seiner Effizienz wird das generative Design die Arbeit des Designers nicht ersetzen, da es die Fähigkeiten und das Wissen professioneller Architekten oder Maschinenbauingenieure nicht ersetzen kann. Aber es besteht kein Zweifel, dass der generative Designprozess unverzichtbar werden wird.

Auch wenn generatives Design viele Vorteile hat, ist es vielleicht nicht die Lösung für alle Projekte. Wenn auch für Sie das generative Design für manche Projekte nicht passt, machen Sie sich keine Sorgen, Sculpteo hat eine andere Lösung für Sie: Das Sculpteo Studio. Unser Team aus spezialisierten Designern und Ingenieuren sind hier, um Ihnen zu helfen, Ihre optimierten Designs entsprechend den Besonderheiten Ihrer Branche zu entwickeln!

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