MSC Apex Generative Design

Intelligentes generatives Design mit einer außergewöhnlichen Designerfahrung für die additive Fertigung

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Shifting the paradigm in 3D metal printing: Trends, drivers, market and key facts about Generative Design.

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Einzigartige Designs für mehr Performance

MSC Apex Generative Design bietet eine echte End-to-End-Lösung für Konstrukteure, die hochpräzise, technische Bauteile herstellen. In Höchstgeschwindigkeit und ohne großen manuellen Aufwand vom digitalen Entwurf bis zum fertigen Produkt wie keine andere Software.

Der Fortschritt liegt zum Greifen nah. Zum ersten Mal können Bauteile und Produkte in einer einfachen End-to-End-Lösung entwickelt, verbessert und validiert werden. Eine neue Designära beginnt, schließen Sie sich jetzt der MSC ApexGD-Revolution an!

Designer schätzen MSC Apex Generative Design, denn es denkt wie sie selbst und verbessert Bauteile immens – nur schneller und effizienter. Durch die Kombination mehrerer Schritte haben Anwender eine Reduzierung der Design- und Einrichtungszeit von 80% verwirklichen können – von der Ausgangsgeometrie über die Vorbereitung bis hin zur Optimierung.

Legen Sie die Spezifikationen fest, lehnen Sie sich zurück, entspannen Sie sich und genießen Sie dann gezielte Designvorschläge, die in nahezu Lichtgeschwindigkeit geliefert werden.

MSC Apex Generative Design im Überblick

  • Einfachheit - Durch ein stark benutzerorientiertes Software-Design ist für die Durchführung von Optimierungen kein Expertenwissen erforderlich.
  • Automatisiertes Design - Nahezu automatische Generierung verschiedener, geglätteter Designkandidaten, die alle die Designkriterien erfüllen und gleichzeitig das Gewicht minimieren.
  • Import und Validierung - Importieren Sie vorhandene Geometrien oder Netze, finden Sie optimierte Designkandidaten und führen Sie eine Designvalidierung durch - alles innerhalb einer einzigen CAE-Umgebung.
  • Direkte Ausgabe - Exportieren Sie Geometrien, die ohne manuelle Nachbearbeitung hergestellt und sofort verwendet werden können.
  • Ein Prozess - Importieren Sie die resultierenden Geometrien in Simufact Additive oder Digimat AM, um für jedes Teil ein kosteneffizientes Erstmusterergebnis zu erzielen.

Vorteile von MSC Apex Generative Design

Optimierung von Gitterstrukturen

Gitterstrukturen haben ein hohes Leichtbaupotenzial. Dennoch ist der Übergang von Vollmaterial zu Gitterstrukturen in der Regel kritisch und fehleranfällig. Mit MSC Apex Generative Design kann die gesamte Struktur automatisch optimiert werden, um einen glatten spannungsoptimierten Übergang zu erzeugen, so dass die Strukturen optimal zusammenwachsen.

Signifikante Zeitreduzierung

MSC Apex Generative Design macht das Design für die Fertigung intelligenter, da es Geschwindigkeit mit einem hohen Automatisierungsgrad kombiniert und so die für die Optimierung erforderliche Zeit deutlich reduziert. Das Ergebnis ist ein schneller, kosteneffizienter und integrierter Prozess.

Signifikante Zeitreduzierung

Materialspannungen sind oft das wichtigste Auslegungskriterium für die Konstruktion eines Bauteils. Die Technologie von MSC Apex Generative Design ermöglicht es, spannungsorientiert zu optimieren. Dieser Ansatz bietet ein echtes bionisch geformtes Design mit einer sehr homogenen Spannungsverteilung, um eine hohe Bauteilzuverlässigkeit zu gewährleisten.

Optimierung für die additive Fertigung

Jede Fertigungstechnologie erfordert Konstruktionsregeln, um Qualitätsprobleme bei der Herstellung eines Bauteils zu vermeiden. Dies ist auch in besonderem Maße für die additive Fertigung wichtig, um direkt ein fehlerfreies Bauteil produzieren zu können. Im Gegensatz zu den meisten üblichen Optimierungslösungen generiert MSC Apex Generative Design optimal auf die additive Fertigung ausgerichtete Strukturen.

Automatisierter Rückführung zu CAD

Konventionelle Optimierungssoftware erfordert den Einsatz zusätzlicher Software für die Überführung von computergenerierten Strukturen zu CAD sowie das dafür notwendige Know-how und Erfahrung. MSC Apex Generative Design umfasst diese Kernfunktionalität in einer einzigen Umgebung und überträgt den Entwurf automatisch in gängige CAD-Austauschformate für eine optimale CAD/CAM-Verknüpfung.

Intelligente Glättung

Die effiziente Überführung in feine und glatte Oberflächen wird durch einen intelligenten Algorithmus automatisch durchgeführt. Eine fehlerfreie Oberfläche ist unumgänglich und sichert die hohe Qualität jedes einzelnen Bauteils.

Automatische Netzgenerierung

Das Netz für das Optimierungsmodell wird automatisch generiert und ist im Vergleich zu einem manuellen, zeitaufwändigen Prozess mit herkömmlicher Optimierungssoftware immer fehlerfrei.

Robuste, automatische Anpassung der Auflösung

MSC Apex Generative Design ermöglicht es, die Auflösung oder Geometrie automatisch anzupassen. Nachdem eine grobe Geometrie erzeugt wurde, verfeinert die Software die Auflösung zunehmend, bis eine sehr feinere, detailliertere Auflösung für optimale Strukturen erreicht ist.

Maximale Auflösung

MSC Apex Generative Design wurde speziell dafür entwickelt, detaillierte und hochkomplexe Strukturen zu erzeugen, die nur mit additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden können. Der notwendige Berechnungsaufwand ist mit herkömmlicher Optimierungssoftware nicht zu realisieren.

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Im Herzen von MSC Apex Generative Design arbeitet unsere "Generative Design Engine"


Praxisbewährt: Der innovative Ansatz von MSC Apex Generative Design

Er basiert auf der Finite-Elemente-Analyse, verwendet aber im Gegensatz zu traditionellen Methoden kein Dichtefeld, sondern ein sehr feines Netz mit wohldefinierten Elementen. Dadurch ist der Algorithmus in der Lage, die auftretenden Spannungen direkt auszuwerten und zuverlässig eindeutige Geometrien abzuleiten, die für den menschlichen Verstand wirklich unerreichbar sind.

Design for Additive Manufacturing (DfAM) ohne Expertenwissen

MSC Apex Generative Design wurde speziell für die Erzeugung detaillierter und hochkomplexer Strukturen entwickelt, die nur mit additiven Verfahren hergestellt werden können. Die optimierten Designs weisen perfekte Übergänge zwischen Strukturelementen wie Verstrebungen und Schalen auf und enthalten in der Regel selbsttragende Strukturen, die sicherstellen, dass die Ergebnisse direkt in den Druck gehen können.

 

"Durch die einfache Handhabung und die schnelle Optimierung sehen wir MSC Apex Generative Design als einen entscheidenden Meilenstein für EDAG. Wir können somit noch mehr Leichtbaukonstruktionen in einem Bruchteil der Zeit erzeugen. Diese Effizienz treibt unsere Produktentwicklung deutlich voran".
Lucas Epperlein
EDAG
  • Fallstudie: Satellitenbauteil als Halterung von Antrieben zur Regelung von Mikrowellenfiltern

    Leichtbau ist besonders essentiell bei der Konstruktion von Satelliten, da jedes zusätzliche Kilogramm hohe Kosten für den Transport ins All verursacht. Wenn Gewicht eingespart werden kann, kann die wertvolle Nutzlast der Trägerrakete oder des Satelliten für weitere Anwendungen genutzt und ein Mehrwert geschaffen werden.

    Genau dies war das Ziel des Projekts zwischen dem Raumfahrtunternehmen Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG, dem Maschinenhersteller Trumpf und den Spezialisten von MSC Software für Generative Design. Die abgebildete Halterung von Antrieben zur Regelung von Mikrowellenfiltern sollte in dem deutschen Kommunikationssatelliten Heinrich Hertz eingesetzt werden, der die Weltraumtauglichkeit neuer Kommunikationstechnologien testen soll. Für diese Anwendung sollte das Gewicht der Halterung reduziert werden.

    Leichtbau in einer neuen Dimension

    Durch die Anwendung von MSC Apex Generative Design wurde ein neues, hochkomplexes Design geschaffen, das maximalen Leichtbau ermöglicht und perfekt an die Anforderungen angepasst und ausgelegt ist. Das Ergebnis für die TESAT-Halterung ist beeindruckend: 55% Gewichtseinsparung bei einem bereits für die Raumfahrttechnik ausgelegten Bauteil: Statt 164 Gramm wiegt die Halterung nur noch 75 Gramm. Darüber hinaus hat die innovative, spannungsorientierte Optimierung von MSC Apex Generative Design die Steifigkeit des Bauteils weiter erhöht. Die homogene Spannungsverteilung ermöglicht eine hervorragende Steifigkeit und Robustheit bei gleichzeitig maximaler Gewichtsreduzierung.

    A perfect fit: Generative Design and 3D printing

    "Mit der additiven Fertigung sind wir heute in der Lage, digital erzeugte und optimierte Geometrien kosteneffizient zu produzieren. Dies bietet ein enormes Potenzial für den Leichtbau, insbesondere in der Raumfahrttechnik, aber auch in vielen anderen Bereichen. Um dieses Potenzial unkompliziert und effizient zu nutzen, wird das generative Design in Zukunft eine Schlüsselrolle spielen", so Dr. Thomas Reiher, Direktor Generative Design bei Simufact Engineering, einer Tochterfirma von MSC Software.

    Diese neue Art von komplexer Geometrie lässt sich heute nur noch mit additiver Fertigung herstellen. Trumpf hat diese Aufgabe mit dem 3D-Drucker TruPrint 3000 übernommen. Die Heinrich-Hertz-Satellitenmission wird vom DLR-Raumfahrtmanagement im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie und unter Beteiligung des Bundesministeriums der Verteidigung durchgeführt.

  • Fallstudie: FormulaStudent: Überlegenes Design eines Radträgers für maximale Performance

    Jedes Jahr entwickelt ein Team junger Studenten des UPBracing Teams einen FormulaStudent Rennwagen, um an internationalen Wettbewerben teilzunehmen. Zwei Faktoren sind für einen erfolgreichen Rennwagen unerlässlich: geringes Gewicht und starke Komponenten. Neben den Rennen, in denen Fahrer und Rennwagen ihre Leistung unter Beweis stellen, gibt es auch eine Extrawertung für die Leichtbauweise des Rennwagens. Der Radträger ist durch seinen vierfachen Einsatz im Rennwagen ideal, um Gewicht zu sparen und gleichzeitig hohe Tragfähigkeitsanforderungen zu erfüllen.

    Smartes Generative Design für maßgeschneiderte 3D-Druckstrukturen

    In den vergangenen Jahren haben die Teams versucht, leichte Radträger mit komplexen Fräskonstruktionen zu konstruieren. Der Radträger aus der Saison 2012 wog 515 g mit einem traditionellen, bereits komplexen Fräsdesign. Er wurde aus einem 16 kg schweren Materialblock gefräst, wobei 15,5 kg Aluminiumabfall anfielen. Für die Saison 2018 wurde die MSC Apex Generative Design-Technologie eingesetzt, um ein optimales Leichtbaudesign zu schaffen. Im Modellentwurf wurden Design- und Nicht-Designbereiche definiert und die komplexen Lastfälle hinzugefügt. Das Netz wurde dann automatisch generiert und optimiert. Der Algorithmus generierte das fertige geglättete Ergebnis auf einer Workstation mit der High-End-Grafikkarte NVIDIA Tesla P100 in 6 Stunden (was mit einem soliden Workstation-GPU NVIDIA QUADRO P5000 etwa 14 Stunden dauern würde). Das Ergebnis war ein Radträger mit einem Gewicht von 266g - eine Reduzierung von 48% im Vergleich zum Äquivalent von 2012. Mit der additiven Fertigung gibt es auch keine nennenswerte Materialverschwendung. Dies trug erheblich zur allgemeinen Gewichtsreduzierung des Rennwagens bei und sorgte für viel Aufmerksamkeit und eine sehr gute Bewertung innerhalb des Designberichts, einer Bewertungskategorie im Gesamtwettbewerb.

  • Fallstudie: Maximaler Leichtbau: Redesign einer Luftfahrt-Halterung

    Ein beliebtes Beispiel für die Prüfung der Optimierungsqualität verschiedener Algorithmen ist die "GE Jet Engine Bracket". Diese Halterung einer Flugzeugturbine wurde auf der GrabCAD-Website von General Electric im Jahr 2013 als Design-Herausforderung für die additive Fertigung veröffentlicht. Die Herausforderung bestand darin, das sehr einfache Bauteil-Design mit beliebigen Methoden neu zu konstruieren und ein möglichst leichtes Bauteil unter Berücksichtigung der gegebenen Randbedingungen zu entwickeln. Die Challenge erregte große Aufmerksamkeit und wird auch heute noch häufig genutzt, um die Stärken neuer Algorithmen zu demonstrieren.

          

    Drei verschiedene Entwürfe für die Optimierung der Halterung, mit MSC Apex Generative Design in sehr kurzer Zeit erstellt

    Auswahl des vielversprechendsten Designs aus verschiedenen Varianten

    Das gleiche Bauteil mit den gleichen Lasten wurde mit MSC Apex Generative Design berechnet, wobei die Ergebnisse oben gezeigt werden. Sie wurden jeweils auf einer CAD-Workstation mit zwei Nvidia P5000-Grafikkarten in weniger als einer Stunde berechnet. Das Ergebnis reicht von einer optimal geformten, dünnen, mehrfach gekrümmten Schale mit dünnen zusätzlichen Streben für die Übertragung höchster Lasten bis hin zu einer reinen Strebenkonstruktion. Insbesondere die Schalenkonstruktion ist sehr stabil, besonders leicht und mit additiven Verfahren einfach herzustellen, da kaum eine Stützstruktur erforderlich ist. Sie kann nur mit einer besonders hohen Berechnungsauflösung erreicht werden wie MSC Apex Generative Design sie bietet und dabei noch superschnell Ergebnisse ausgibt. Die hier gezeigte automatisiert generierte, generative Konstruktion aus MSC Apex Generative Design ist noch leichter und spannungsärmer als andere Lösungen. Bei einer maximalen Spannung von 680 MPa (Zielspannung 700MPa) konnte ein Gewicht von nur etwa 140g erreicht werden.

  • Fallstudien
  • Collateral
  • On-demand webinars

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