Wie generatives Design die Nachhaltigkeit unterstützt

Vor etwa sieben Jahren war 3D-Druck in aller Munde. Für einige Monate, sogar Jahre, war es eine der meistdiskutierten Technologien auf dem Markt, mit dem Potenzial, die Art und Weise, wie wir produzieren, wirklich zu revolutionieren. Während der 3D-Druck aus dem Rampenlicht verschwand, machte er leise große Fortschritte in den Bereichen Nachhaltigkeit, Gesundheitswesen und Architektur. Tatsächlich wurde der 3D-Druck im Laufe der Jahre verwendet, um Organe, Häuser und sogar ganze Korallenriffe zu drucken. Während das Verständnis der Nutzer für die Technologie sich weiterentwickelte, entstand ein neuer Anwendungsfall – generatives Design. Dies ist vielleicht das transformativste Stück Designtechnologie seit der Einführung des 3D-Drucks selbst. Was ist generatives Design? Generatives Design ist ein Werkzeug, das unzählige Designvariationen basierend auf festgelegten Designparametern erzeugt. Designiterationen können auf Leistung, räumlichen Anforderungen, Materialien, Herstellungsmethoden und Kostenbeschränkungen basieren. Generative Designlösungen schaffen Designs, die mit traditionellen Herstellungsmethoden sonst unmöglich wären. Diese Technologie nutzt Cloud-Computing und additive Fertigungsmethoden (3D-Druck), um Tausende von Designs durchzuspielen. Darüber hinaus integriert generatives Design maschinelles Lernen, um nach jeder Iteration mehr über das Design zu verstehen und herauszufinden, was funktioniert – und was nicht. Dieser Prozess führt zu unglaublich kreativen Designs, die normalerweise außerhalb des Bereichs menschlicher Kreativität liegen. Ganz zu schweigen davon, dass es dies in einem beschleunigten Tempo tun kann. Während generatives Design Ingenieuren, die Zeit sparen möchten, erheblich zugutekommt, wirkt es sich auch in vielerlei Hinsicht auf die Nachhaltigkeit in der Fertigung aus. Für die dritte Kolumne in der Serie "The G2 on Sustainable Design" werde ich weiterhin den Fokus auf Nachhaltigkeit und Software legen, indem ich verschiedene Wege diskutiere, wie generatives Design die Zukunft der Nachhaltigkeit in der Fertigung und im Design beeinflusst hat und weiterhin beeinflussen wird. Von der Schaffung neuer Heckflügelsysteme für Autos bis hin zur Schaffung völlig unvorstellbarer Trennwände für Flugzeuge ist die Zukunft des Generativen aufregend und wirklich revolutionär. Generatives Design und Nachhaltigkeit Generatives Design unterstützt die Nachhaltigkeit auf zwei wesentliche Arten: - Generatives Design verwendet weniger Rohmaterial - Generatives Design verwendet weniger Energie mit additiver Fertigung Die generative Designtechnologie ermöglicht es den Nutzern, eine Vielzahl von Designparametern einzugeben, einschließlich der Menge des verwendeten Rohmaterials. Ingenieure dachten zuvor, ein Design benötige mehr Rohmaterial, jetzt kann generatives Design die Menge um bis zu 40 % reduzieren. Claudius Peters, ein 113 Jahre alter Hersteller von pneumatischen Förderern, Silos und Klinkerkühlern, nutzte kürzlich generatives Design, um den Materialverbrauch des Unternehmens zu reduzieren. Nach der Bewertung verschiedener Designiterationen entschied sich das Unternehmen, einen Klinkerkühler zu optimieren, eine riesige Maschine, die geschmolzenes Gestein von 1400 °C auf 100 °C (2550 °F auf 212 °F) abkühlt. Das Team von Claudius Peters gab Parameter ein, und die generative Designtechnologie erzeugte völlig einzigartige Iterationen des Klinkerkühlers. Das Ergebnis? Ein neues Design, das 30–40 % leichter war und 25 % weniger Material verbrauchte. Generatives Design schuf effektiv eine digitale Transformation für ein 100 Jahre altes Unternehmen, das die Bedeutung der Einführung neuer Technologien verstand. Wie in allen Branchen ermöglichte es die neueste Technologie und Software ihnen, wettbewerbsfähig zu bleiben, indem sie die Art und Weise, wie sie Designs konzipieren, veränderten. Da das Gesamtgewicht und das Material des Klinkerkühlers reduziert wurden, konnte das Unternehmen ändern, wo es das Teil herstellte, was sich weiter auf seine Nachhaltigkeit auswirkte. Zusätzlich zur Reduzierung des Rohmaterials kann generatives Design die Nachhaltigkeit durch additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck, verbessern. Bugatti Automobiles kombinierte kürzlich 3D-Druck und generatives Design, um ein Flügelkontrollsystem für den 1.500 PS starken Chiron-Sportwagen zu innovieren. Durch die Verwendung von NX und Simcenter, zwei Produkt- und Maschinendesignlösungen mit generativen Designfähigkeiten, schuf Bugatti ein neues leichtes Design für sein Flügelkontrollsystem. Das neue Design, das von der Software generiert wurde, ersetzte ursprünglich metallische Teile durch Kohlefaser. 3D-Druck wurde verwendet, um das Heckflügelsystem mit Kohlefaser für die beiden Führungsschienen und die hintere Koppelstange zu drucken. Mit dieser wichtigen Anpassung wird die Menge der in der Produktion des Heckflügelsystems verwendeten Rohmaterialien erheblich reduziert. Infolgedessen wird der Herstellungsprozess weniger Rohmaterialien verwenden und nachhaltiger sein. 3D-Druck ist eine nachhaltigere Methode als die reguläre Fertigung, da er nur die genaue Menge an Material verwendet, die notwendig ist, um ein Teil zu produzieren. Die Zukunft des generativen Designs Obwohl klar ist, dass generatives Design bereits seine Spuren in der nachhaltigen Fertigung hinterlassen hat, fängt es gerade erst an. Viele Unternehmen in der Fertigungsindustrie erkunden derzeit generatives Design als Werkzeug, um auf erschwinglichere und nachhaltigere Fertigungsmethoden hinzuarbeiten. Ein Unternehmen, das zukünftige Anwendungsfälle für generatives Design erforscht, ist der europäische Luft- und Raumfahrtkonzern Airbus. In einer Fallstudie mit Autodesk nutzte Airbus generatives Design, um eine neue Trennwand zu schaffen, die den Passagierraum von der Kombüse in der Airbus A320-Kabine trennt. Das Ziel war es, die neue Trennwand leichter zu machen, nicht mehr als einen Zoll dick, und stark genug, um zwei Klappsitze für Flugbegleiter zu verankern. Natürlich war dies keine leichte Aufgabe. Airbus verwendete Designparameter, die buchstäblich und im übertragenen Sinne außerhalb der normalen Form lagen. Das Ergebnis war ein hybrides Design, das auf zwei Wachstumsmodellen aus der Natur basierte: Schleimpilz und Säugetierknochen. Um die eigentliche Trennwand herzustellen, verwendete das Team 3D-Druck, um 100 separate Teile zu produzieren; zusammengefügt ergaben diese Teile eine große Trennwand. Sie nannten sie "die bionische Trennwand". Sobald Airbus die bionische Trennwand fertiggestellt hatte, berechnete das Team die Menge an Treibstoff, die durch die neue Trennwand eingespart wurde. Für jedes Kilogramm (2,2 Pfund) Gewichtsreduktion werden 106 Kilogramm (233,2 Pfund) Kerosin pro Jahr eingespart, was den CO2-Fußabdruck des Luftverkehrs verringert. Jede Trennwand ist etwa 30 Kilogramm (66 Pfund) leichter als die Standardtrennwand. Darüber hinaus, wenn die bionische Trennwand im gesamten Kabinenbereich installiert würde, würden 1.100 Pfund Gewicht entfernt. Die Verringerung des Treibstoffs würde die CO2-Emissionen pro Flugzeug pro Jahr um 166 metrische Tonnen reduzieren. Das sind ungefähr 366.000 Pfund im Volumen oder ungefähr 900 Mal so groß wie eine Badewanne. Schließlich verwendet der 3D-Druck der Trennwand nur 5 % des Rohmaterials im Vergleich zum traditionellen Prozess des Fräsens von Teilen aus einem Metallblock. Dies reduziert auch die Emissionen und schafft eine nachhaltigere Fertigungsmethode. Während es scheint, dass die Werkzeuge, die zur Herstellung der bionischen Trennwand verwendet werden, ziemlich fortschrittlich sind, existieren viele der Werkzeuge bereits auf G2 in unseren Kategorien für rechnergestützte Technik, 3D-Druck und Produkt- und Maschinendesign-Software. Daher scheint eine Zukunft voller nachhaltiger Fertigung plötzlich nicht mehr so weit entfernt zu sein. Mit dem globalen Markt für generatives Design, der voraussichtlich von 111 Millionen US-Dollar im Jahr 2018 auf 275 Millionen US-Dollar bis 2023 wachsen wird, erwarten wir, dass mehr Initiativen und generative Designtechnologien auf den Markt kommen werden. Diese Technologie kann Designern helfen, sich auf innovative Wege zu konzentrieren, um zu konstruieren, während sie gleichzeitig eine nachhaltigere Welt schaffen.