Generatives Design

Andrea Gillhuber,

3D-Druck im Automobilbau

Additive Fertigungstechnologien kommen vermehrt in der Automobilproduktion zum Einsatz. Mit ihr können Komponenten leichter und stabiler gefertigt werden. Wie das geht, zeigt das Beispiel einer 3D-gedruckten Sitzhalterung.

GM entwickelte und produziert die Sitzhalterung mittels generativen Designs und additiver Fertigungstechnik. © GM

Die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen steigt stetig. General Motors, kurz: GM, plant, bis 2023 mindestens 20 solcher Fahrzeuge auf den Markt zu bringen – die Produktion ist im Vergleich zu traditionellen Autos sehr viel teurer und komplexer. Gerade bei diesen Fahrzeugen spielt das Gewicht eine große Rolle, um Reichweite und Komfort garantieren zu können. Gleichzeitig dürfen die Entwicklung und Produktion der einzelnen Komponenten nicht allzu zeitintensiv und komplex sein. Aus diesem Grund entschied sich GM für einen disruptiven Ansatz und eine generative Designlösung. Generatives Design ist ein relativ neuer Designansatz, der maschinelle Intelligenz und Cloud Computing nutzt, um schnell eine breite Palette von Designlösungen zu generieren, die den spezifischen Anforderungen der Ingenieure entsprechen. Designteams können einen größeren Designraum erforschen, die sich gleichzeitig an den vorgegebenen Fertigungs- und Leistungsanforderungen orientieren.

Generatives Design entwirft in kurzer Zeit zahlreiche Designvorschläge für die Sitzkonsole von GM. © GM

„Ein Fahrzeug besteht aus über 30.000 Komponenten. Unser Ziel ist es, diese Anzahl zu verringern und somit Gewicht zu sparen und Komplexität zu reduzieren“, sagt Kevin Quinn, Director of Additive Design and Manufacturing bei GM. „Mithilfe des generativen Designs können wir basierend auf Cloud-Technologien und Künstlicher Intelligenz verschiedene Design-Lösungen für Komponenten erforschen und so innovative Ansätze finden, die uns fit für die Zukunft machen – denn nach den Elektrofahrzeugen stehen mit den autonomen Fahrzeugen bereits die nächsten Herausforderungen vor der Tür, die es zu bewältigen gilt. (...) Wir möchten mithilfe der additiven Fertigung und des generativen Designs einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil in diesem Bereich erlangen.“

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In Kooperation mit Autodesk entwickelte GM die erste 3D-gedruckte und funktional optimierte Sitzhalterung. © GM

Neue Möglichkeiten durch generatives Design

In Kooperation mit Autodesk entwickelte der US-amerikanische Automobilkonzern die erste 3D-gedruckte und funktional optimierte Sitzhalterung. Die Standardkomponente befestigt Sicherheitsgurtverschlüsse an Sitzen und Sitze am Fahrzeugboden und wurde als erste Komponente mithilfe der Generativen-Design-Technologie der Software-Lösung Autodesk Fusion 360 entwickelt. Dafür legten Ingenieure Ziele und Einschränkungen für die Bauteilkonstruktion fest, darunter Parameter wie Materialien, Herstellungsverfahren und Budget. Diese Informationen wurden anschließend in die Software eingegegeben. Diese nutzt dann einen Algorithmus zur Analyse und Bewertung aller möglichen Design-Vorschläge und empfiehlt basierend darauf eine optimale Lösung.

Die funktionsoptimierte Sitzkonsole ist 40 Prozent leichter und 20 Prozent stabiler als ihre Vorgängerin. © GM

Eine Sitzhalterung besteht normalerweise aus acht miteinander verschweißten Teilen. Mithilfe der Software konnten die GM-Ingenieure mehr als 150 alternative Designs generieren und sich für ein Design entscheiden, das nur aus einem einzigen Edelstahlteil besteht. Das Endprodukt ist 40 Prozent leichter und 20 Prozent stärker als die bisherige Sitzhalterung des Unternehmens. Generatives Design bietet Ingenieuren die Möglichkeit, zu experimentieren. In Verbindung mit der additiven Fertigung können unendliche Designlösungen mit minimalen Investitionen umgesetzt werden. Die Generative-Design-Technologie ist heute in Fusion 360 verfügbar, der Cloud-basierten Produktentwicklungsplattform von Autodesk. Fusion 360 ist ein 3D-Tool für CAD, CAM und CAE, das den gesamten Produktentwicklungsprozess in einer einzigen Cloud-basierten Plattform zusammenfasst und einzelne Prozesse auf verschiedenen Plattformen obsolet macht.

Nach Unterlagen von Autodesk / ag

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