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Leichtbau-Gipfel 2020 Schneller zum Bauteil mit einer automatisierten Optimierung

Autor: Sven Prawitz

Mit einer neuartigen Optimierungsmethode bereitet Simufact Bauteile für die additive Fertigung vor. Viele Schritte hat das Softwareunternehmen dabei automatisiert.

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Thomas Reiher, Director Generative Design bei Simufact Engineering, auf dem Leichtbau-Gipfel 2020 in Würzburg.
Thomas Reiher, Director Generative Design bei Simufact Engineering, auf dem Leichtbau-Gipfel 2020 in Würzburg.
(Bild: Stefan Bausewein)

Bauteile für die additive Fertigung optimieren und statt einen Haufen FE-Elemente ein komplettes Modell in CAD laden. Einen solchen Prozess stellte Thomas Reiher auf dem Leichtbau-Gipfel 2020 in Würzburg vor. Bei der Software-Entwicklung ging es, so Reiher, darum den Konstrukteur zu entlasten und den Optimierungsprozess an vielen Stellen zu automatisieren.

Hier geht es zur Aufzeichnung des Vortrags:

Das Ergebnis ist ein Generative-Design-Werkzeug, das mehr leistet als eine Topologie-Optimierung. „Die bei einer Topologie-Optimierung ausgegebene Dichteverteilung liefert viele unklare Ergebnisse“, sagt Reiher. Die Interpretation ist schwierig und verlangt Know-how und Erfahrung von den Konstrukteuren. Den Software-Entwicklern sei es aber wichtig gewesen, die Konstrukteure zu entlasten.

Zwei Designs für den 3-D-Druck

Der neue Prozess muss lediglich mit den Daten aus einer Lastsimulation und den grundsätzlichen geometrischen Randbedingungen manuell gefüttert werden. Nach zwei bis drei Stunden ist dann ein optimiertes Bauteil fertig und kann sowohl direkt in das CAD geladen werden – „Wir haben sogar zwei Designs: Eines mit Aufmaß für den Druck und eines mit den Sollmaßen.“ – oder in eine Prozesssimulation, die die Herstellbarkeit prüft.

Als Beispiel nannte Reiher einen Radträger des Formula-Student-Teams der Uni Paderborn. „Als ich noch im Team war, hat die Radträgerentwicklung drei Monate gedauert.“ Nach der Lastsimulation dauert das generative Design – CAD zu CAD – zwei Stunden. Der Aufwand für den Konstrukteur in diesem Ablauf beziffert Reiher mit einem halben Arbeitstag. „Der optimierte Radträger ist 50 Prozent leichter als das ursprüngliche Modell.“

Vier oder Fünf optimierte Modelle

Einen Entscheidungsprozess gibt es am Ende noch. Die Software gibt am Ende vier oder fünf Modelle zurück aus denen der Konstrukteur eines wählen muss. Je nach Anforderungen aus dem Projekt kann nun das leichteste Modell oder beispielsweise das schönste gewählt werden, etwa für den Fall, dass es ästhetische Ansprüche zu erfüllen gibt.

Der Optimierungsprozess ist laut Reiher deshalb so schnell, weil die Vernetzung mit Voxel-Elementen in Sekundenbruchteilen erfolgt. „Wir fangen mit einer sehr kleinen Auflösung an.“ Das erhöht die Rechengeschwindigkeit. Nach und nach wird dann die Auflösung vergrößert. „Wir gehen anders vor als die klassischen Optimierer“, sagt Reiher. Simufact setzt auf eine spannungsbasierte Optimierung, nicht auf eine Dichteverteilung. „Alle Übergänge sind sehr homogen.“

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 Sven Prawitz

Sven Prawitz

Technikjournalist