Welche Softwares für generatives Design sind auf dem Markt erhältlich?

Das Design ist der erste Schritt in jedem 3D-Druckverfahren und spielt eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, dass das endgültige Teil korrekt hergestellt wird. Diese Phase kann jedoch selbst für diejenigen schwierig sein, die mit dem Design für additive Fertigung (DfAM) vertraut sind. Hier kommt die Software ins Spiel. Wir haben Ihnen bereits von den Vorteilen topologischer Optimierungssoftware berichtet, aber ein weiteres, zunehmend wichtiges Werkzeug ist das generative Design. Obwohl es oft mit topologischer Optimierungssoftware in einen Topf geworfen wird (und in der Regel in Tools verfügbar ist, die erstere anbieten), unterscheidet sich das generative Design dadurch, dass es tatsächlich Ergebnisse auf der Grundlage bestimmter Parameter oder Beschränkungen erzeugt, die in die Software eingegeben wurden. Anstatt also das zu optimieren, was bereits erstellt wurde, kann man sich eine völlig neue Struktur vorstellen, die man vorher vielleicht nicht in Betracht gezogen hat. Um Ihnen einen besseren Überblick über die verschiedenen derzeit verfügbaren Tools zu geben, finden Sie im Folgenden eine Liste (in alphabetischer Reihenfolge nach dem Namen des Produkts) der auf dem Markt erhältlichen Softwares für generatives Design, einschließlich derjenigen, die nur für generatives Design entwickelt wurden, und anderer, in denen es als Erweiterung enthalten ist.

Ansys Discovery – Ansys

Die Software Ansys Discovery wurde entwickelt um mehr Effizienz zu garantieren und kritische Fragen bereits im frühen Konzeptionsstadium zu beantworten. Die Software integriert die beiden Tools Ansys Mechanical und Ansys Fluent und ermöglicht die interaktive 3D-Modellierung. Die Software dient vorranging zum Entwerfen, Erforschen und Validieren von Produkten. Dafür stehen dem Nutzer drei Modi zur Verfügung. Mit dem Model-Modus kann man ein Konzept erstellen und bearbeiten, der Explore-Modus erlaubt Echtzeitsimulationen und mittels Refine-Modus können die Konzepte validiert werden. Alle Informationen sind für die Beteiligten jederzeit abrufbar.  Das Tool erlaubt multiphysikalische Simulationen, Echtzeit-Simulationen und High-Fidelity-Simulation der erstellten Konzepte. Darüber hinaus hat man die Möglichkeit, das Konzept auf seine mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Eigenschaften zu prüfen und im Zuge der Analyse zu optimieren. Der Fokus der Software liegt auf Innovation und Benutzerfreundlichkeit. Dadurch soll die Kollaboration der Beteiligten gelingen und zur Produktionssteigerung führen. Durch die zahlreichen Simulationen wird der Bedarf an Prototypen und Tests schon im Vorfeld minimiert.

Mit Ansys Discovery ist es möglich, die Konzepte hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften zu analysieren. (Bild: Ansys)

CATIA – Dassault Systèmes

Die CATIA-Software für Design, Engineering, Systems Engineering und Konstruktion ist eines der Aushängeschilder der Industry Solution Experiences des Herstellers Dassault Systèmes. Ziel der Software ist es, die Produktkonzeption der Unternehmen auf allen Ebenen zu verbessern und ihnen dadurch einen Marktvorteil zu ermöglichen. CATIA dient vor allem zum Design von unkonventionellen und innovativen Konzepten. Die Software verfügt über einzigartige 3D-Modellierungs-und Simulationsfunktionen. Mithilfe der instinktiven 3DEXPERIENCE®-Plattform können die erstellten Konzepte verfeinert werden, analysiert werden und mit anderen Modellen verglichen werden. Die darauf folgenden, einzelnen Arbeitsschritte sind sowohl für additive als auch herkömmliche Fertigung möglich. Durch die 3DEXPERIENCE-Plattform soll die Kollaboration von Designern, dem Simulationsteam und den Fertigungsingenieuren erleichtert werden. Dies soll unter anderem durch die hohe Nutzerfreundlichkeit, die Zugänglichkeit und das instinktive Bedienen der Software gelingen.

Creo – PTC

Creo ist eine Software von PTC, einem Unternehmen, das CAD-, PLM-, IoT- und AR-Lösungen anbietet, die synergetisch zusammenarbeiten, um einen digitalen Faden zu schaffen, der den gesamten Produktlebenszyklus umfasst und die Datenkontinuität eines Unternehmens beschleunigt. Die traditionelle CAD-Softwarelösung von Creo umfasst die Creo Generative Topology Optimisation Extension (GTO) und Generative Design Extension (GDX). Mit GTO, einer Kombination aus generativem Design und Topologieoptimierung, können Sie schnell eine Reihe innovativer Designoptionen erkunden, um Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren, und das innerhalb der Creo-Designumgebung. Mit der cloudbasierten GDX-Erweiterung hingegen können mehrere Konstruktionen mit unterschiedlichen Materialien und Fertigungsszenarien gleichzeitig erstellt werden, wobei die besten Optionen zur einfachen Überprüfung hervorgehoben werden.

CogniCAD™ – Carbon

CogniCAD ist eine Design-, Simulations- und Fertigungs-Cloud-Plattform des Unternehmens ParaMatters, einem Anbieter von generativer Design-Softwares für die additive Fertigung. Kürzlich wurde es von dem US-amerikanischen Unternehmen Carbon übernommen und um weitere Funktionen, wie die Topologieoptimierung, erweitert. Integriert in den Fertigungsbetrieb, kann die Software generatives Design mit der additiven Fertigung kombinieren und an die Funktionalität einzelner Produkte anpassen. Es bietet einen vollautomatischen Arbeitsablauf der Topologieoptimierung, Finite-Elemente-Analyse und rechnerischer Geometrie ohne manuelle Anpassung oder Rekonstruktion. Generierte Designs mit CogniCAD erfüllen alle Design Anforderungen und sind innerhalb von Minuten bis wenigen Stunden fertigungsbereit. So sorgt die Software mit verschiedenen generative Design-Tools für leichtere Bauteile mit optimierten mechanischen Eigenschaften und reduziert durch eine hochqualitative Geometrieerzeugung die Nachbearbeitungszeit.

ColdStream von Diabatix

Diabatix ist ein belgisches Technologieunternehmen, das Unternehmen dabei helfen will, die Kühlung ihrer Produkte zu fördern. So hat sich das Unternehmen bei der Herstellung von Kühlkörpern auf generatives Design und 3D-Druck verlegt. Es hat ColdStream auf den Markt gebracht, eine in der Cloud verfügbare Engineering-Plattform, die den gesamten Designprozess der Kühlung unterstützt, von der thermischen Analyse bis zum thermischen Design. Die Software ist so konzipiert, dass sie Sie in jeder Phase des Kühlungsdesignprozesses unterstützt, von der Optimierung der ersten Entwürfe bis hin zu virtuellen Tests und detaillierten Analysen. Sie ermöglicht den Zugriff auf eine umfangreiche Bibliothek von Funktionen, die das Projektmanagement erleichtern. Die Softwarelösung kann die Leistung des Wärmeflusses durch ein bestimmtes System analysieren und benutzerdefinierte Designs generieren oder zusätzliche Standardfunktionen wie Rippen, Kanäle und andere Kühlkörper einbeziehen, um die Temperaturübertragungsleistung zu verbessern und zukünftige Überhitzungsrisiken zu minimieren. Auf diese Weise können Ingenieure Kühllösungen entwickeln, die den genauen Bedingungen, Einschränkungen und Temperaturen eines Produkts gerecht werden und gleichzeitig die Gesamtkosten minimieren und die Leistung maximieren.

Fusion 360 Generative Design – Autodesk

Fusion 360 ist eine von Autodesk entwickelte cloudbasierte 3D-Modellierungssoftware, die CAD-, CAM- und CAE-Werkzeuge in einer einheitlichen Plattform vereint. Sie wurde entwickelt, um die Produktentwicklung zu erleichtern, insbesondere im Bereich der additiven Fertigung. Fusion 360 bietet eine Reihe von Funktionen wie Skizzieren, parametrisches Modellieren, direktes Modellieren, Freiformmodellierung, Flächenmodellierung, Blech- und Netzmodellierung, Baugruppen und PCB-Designintegrationen. Die Software unterstützt verschiedene Dateiformate für den 3D-Druck und eignet sich daher für den Versand von Modellen an einen 3D-Drucker. Die Software legt außerdem großen Wert auf die Zusammenarbeit und ermöglicht es Teams und externen Beteiligten, in Echtzeit an Projekten zusammenzuarbeiten. Fusion 360 enthält generative Design-Tools, die auf der Grundlage definierter Spezifikationen Fertigungsergebnisse vorschlagen und so Gewichtsreduzierung, verbesserte Leistung und Teilekonsolidierung ermöglichen. Darüber hinaus bietet es Simulationswerkzeuge, um reale Anwendungen zu bewerten und die Kosten für das Prototyping zu senken. Während einige Benutzer bestimmte Werkzeuge als fortschrittlich und andere, wie die organische Modellierung, als weniger ausgereift empfinden, gilt Fusion 360 als benutzerfreundlich und verfügt über umfangreiche Online-Ressourcen zum Lernen. Autodesk bietet eine kostenlose Testversion von Fusion 360 für bis zu 30 Tage an, um die Möglichkeiten des Programms zu erkunden.

Bild: Autodesk

MSC Apex Generative Deisgn – Hexagon

MSC Apex Generative Design ist eine generative Design-Software, die von der schwedischen Firma Hexagon entwickelt wurde. MSC Apex Generative Design wurde speziell für die Entwicklung komplexer und detaillierter Strukturen konzipiert, die nur mit Hilfe additiver Verfahren hergestellt werden können. Die optimierten Entwürfe weisen nahtlose Übergänge zwischen den verschiedenen Elementen der Struktur auf und enthalten selbsttragende Strukturen, die es ermöglichen, die Ergebnisse direkt an den Drucker zu senden. Diese Software basiert auf der Elementanalyse, jedoch auf eine andere Weise als herkömmliche Methoden. Anstelle eines Dichtefeldes wird ein sehr detailliertes, automatisch generiertes Netz mit genau definierten Elementen verwendet. Dadurch kann der Algorithmus die erzeugten Spannungen direkt bewerten und Geometrien erstellen, die für den menschlichen Verstand nur schwer vorstellbar sind.

Bild: Hexagon

nTop – nTopology

NTopology ist ein Unternehmen, das nTop entwickelt hat, ihre Engineering-Software, die auf die Entwicklung der nächsten Generation von technischen Designwerkzeugen für die additive Fertigung spezialisiert ist. Sie wurde entwickelt, um den Nutzern zu helfen, neue Lösungen zu schaffen, die vorher nicht machbar waren. Die Software eignet sich für die Luft- und Raumfahrt, die Rüstungsindustrie, die Automobilindustrie, die Medizintechnik und den Energiesektor. NTop verfügt über die Fähigkeit des Generativen Designs. Kurz gesagt: Die Software bietet eine umfassende Palette an Berechnungswerkzeugen, mit denen Sie schnell eine Geometrie auf der Grundlage benutzerdefinierter Designanforderungen und -beschränkungen generieren und bewerten können. Diese umfassen Modellierungsvorgänge oder auch die Optimierung der Druckplatte. NTop bietet Ihnen auch die Möglichkeit, Ihre eigenen generativen Algorithmen zu erstellen oder die Software in eine externe Design- und Analyselösung zu integrieren, um Ihre Ergebnisse und Prozesse weiter zu verfeinern, zu automatisieren und zu optimieren.

Bild: nTopology

NX – Siemens

Die Software NX des Unternehmen Siemens dient jeglichen Anwendungen der Fertigung, einschließlich additiver Fertigung, CNC-Fertigung, Robotik und der Qualitätskontrolle. Die NX-Software bietet Unternehmen eine Reihe von Vorteilen. So wirbt es mit bis zu 50 % kürzeren Produktentwicklungszyklen mit weniger Prototypen Entwicklung und weniger Nachbearbeitung. Siemens bietet zudem das Simcenter HEEDS an, eine generative Konstruktionslösung, die NX-CAD-Geometrie mit Simcenter-CAE-Simulation nutzen kann, um optimierte Konstruktionen zu erstellen. Daraus resultieren optimierte Designoptionen, die anschließend 3D-gedruckt werden können. So bietet die Software Werkzeuge für eine optimale Bauvorbereitung, darunter erforderliche Stützstrukturen und die effiziente Platzierung und Ausrichtung der Teile. Zudem ermöglicht NX die Simulation von Bauteilen und die Verbindung zu Druckern der Pulverbett-Technologie, des FDM-Verfahrens, Multimaterial-Systemen und Multiachsen-Systemen.

Bild: Siemens

TOffeeAM – TOffee

TOffeeAM ist ein Spin-Out-Unternehmen des Imperial College, das sich auf die additive Fertigung spezialisiert hat. Ihre Software, TOffee, revolutioniert das Design, indem sie komplexe und effiziente 3D-gedruckte Teile und Systeme ermöglicht. Dieser innovative Ansatz, der als Multiphysics Generative Design bekannt ist, kombiniert mehrere physikalische Probleme mit den Einschränkungen der Fertigung. Durch den Einsatz der additiven Fertigung profitieren Unternehmen von der Möglichkeit, anhand digitaler Prototypen zu drucken, von der Flexibilität beim Design und von der Reduzierung von Logistik-, Material- und Energieverschwendung. Mit weltweiter Anerkennung und Unterstützung durch renommierte Institutionen erstreckt sich das Fachwissen von TOffeeAM auf verschiedene Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und den Energiesektor, wo das Unternehmen erfolgreich Komponenten wie Kühlmittelsysteme, Ventile, Verbrennungskammern, die Kühlung von Energiesystemen, Brennstoffzellen, belüftete Bremsen, Rohre, Mischer und Kraft-Wärme-Kopplungssysteme optimiert hat. Ihre Beiträge haben zu erheblichen Effizienzsteigerungen geführt, z. B. zu einer Steigerung der Effizienz von Kühlmittelsystemen in der Luft- und Raumfahrt um bis zu 30 % und zur Straffung komplexer Systeme zu einer einzigen Komponente durch generatives Design.

Bild: TOffeeAM

Transcend Design Generator – Transcend

Transcend Design Generator ist eine generative Designsoftware, die von Transcend mit Sitz in New Jersey entwickelt wurde. Sie ist intuitiv, einfach zu bedienen und liefert präzise Ergebnisse. Die Plattform ermöglicht es Fachleuten, Vorentwürfe für ihre komplexen Infrastrukturprojekte, z. B. im Energiesektor, in 90 % weniger Zeit zu erstellen. Zweifelsohne rationalisiert diese Software die Prozesse und reduziert gleichzeitig potenzielle Risiken. Hunderttausende von Entscheidungsalgorithmen werden mit Simulationen und Dynamik kombiniert, um die Entwürfe zu optimieren und zu validieren. Der Ansatz von Transcend Design Generator gewährleistet, dass alle Eingaben gültig sind und die Entwürfe korrekt erstellt werden. Das automatisierte System durchsucht globale Datenbanken, um jedes für die Installation benötigte Teil auszuwählen und zu dimensionieren, und erstellt ein 3D-Gebäudeinformationsmodell (BIM), das als Grundlage für die Projektkalkulation verwendet und bis zur Detailplanung weitergeführt werden kann. Als Endergebnis werden dem Kunden mehr als 5 Designoptionen für sein Projekt angeboten, aus denen er die für ihn am besten geeignete auswählen kann.

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