Rechnergestützte Formfindung

Was ist generatives Design?

Generative Design

Generatives Design ist ein Konstruktionsverfahren, bei dem eine Software aus vorgegebenen Lasten, Bauräumen, Werkstoffen und Fertigungsverfahren selbstständig viele Geometrievarianten berechnet, aus denen du anschließend eine auswählst.

Wenn Gewicht, Bauraum und Anschlusspunkte feststehen, die Form dazwischen aber frei ist, rechnet die Software Vorschläge, die so von Hand niemand skizziert hätte.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

Eingabe: Lasten, Bauraum, Werkstoff, Fertigungsverfahren
Ergebnis: Viele Varianten zur Auswahl, kein fertiges Teil
Typisch bei: Halterungen und Konsolen im Leichtbau
Verwechselt mit: Topologieoptimierung an einem Startkörper

Wie die Software auf die Formen kommt

Am Anfang steht kein Bauteil, sondern eine Beschreibung des Problems. Du legst fest, welche Bereiche erhalten bleiben müssen, etwa Anschraubpunkte und Lagersitze, welchen Raum die Geometrie füllen darf und welche Bereiche gesperrt sind, weil dort Nachbarteile oder Leitungen liegen. Dazu kommen die Lastfälle mit Kraftrichtung und Betrag, die Einspannungen, der Werkstoff und ein Ziel, meist die geringste Masse bei einem geforderten Sicherheitsfaktor.

Der Solver arbeitet iterativ: Er verteilt Material dorthin, wo Spannungen auftreten, und nimmt es dort weg, wo kaum Kräfte fließen. Weil du mehrere Werkstoffe und Fertigungsverfahren gleichzeitig zulassen kannst, entsteht nicht ein Ergebnis, sondern eine Ergebnisreihe. Die vergleichst du über Masse, Steifigkeit, maximale Spannung und geschätzte Fertigungskosten, bevor du dich entscheidest.

Wofür es sich in der Konstruktion rechnet

Der größte Hebel liegt bei Halterungen, Konsolen und Adaptern, also Teilen, die vor allem Kräfte weiterleiten und keine Funktionsflächen tragen. Dort lässt sich oft spürbar Masse einsparen, ohne dass die Steifigkeit leidet. Wie viel es genau wird, hängt vom Bauraum, vom Werkstoff und vom zugelassenen Fertigungsverfahren ab und zeigt sich erst am eigenen Bauteil.

Der zweite Hebel ist die Bauteilkonsolidierung: Was heute aus mehreren geschraubten Blechen besteht, kann als ein Teil entstehen. Das spart Montageschritte, Verbindungselemente und Stücklistenpositionen. Und selbst wenn du die berechnete Form nicht übernimmst, ist der Kraftfluss aus der Studie eine brauchbare Vorlage für ein konventionell konstruiertes Bauteil.

Der Fehler, der die meiste Zeit kostet

Wer das Fertigungsverfahren nicht mit angibt, bekommt organisch verzweigte Formen, die sich weder fräsen noch entformen lassen. Sobald du dreiachsiges Fräsen, Gießen mit Entformungsrichtung oder additive Fertigung als Randbedingung setzt, sehen die Ergebnisse deutlich weniger spektakulär aus, sind dafür aber herstellbar.

Der zweite Stolperstein ist das Ergebnisformat. Was der Solver ausgibt, ist in der Regel ein Netz und kein Volumenkörper mit Konstruktionshistorie. Für Zeichnung, Toleranzen und spätere Änderungen musst du die Form entweder nachmodellieren oder in einer Konvertierung Flächen darüberlegen. Wer diesen Schritt nicht einplant, unterschätzt den Aufwand um Tage.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

Nicht verwechseln

Generatives Design und was oft damit gleichgesetzt wird

Generatives Design gegen Topologieoptimierung

Die Topologieoptimierung geht von einem vorhandenen Bauteil aus und nimmt Material weg, bis nur der tragende Rest bleibt. Generatives Design startet eine Stufe früher, nämlich bei den Randbedingungen, und liefert mehrere Vorschläge statt eines abgespeckten Originals.

Generatives Design gegen Text-to-3D

Text-to-3D erzeugt eine Form, die zur Beschreibung passt, ohne etwas über Kräfte zu wissen. Generatives Design rechnet gegen Lastfälle, das Ergebnis erfüllt also eine mechanische Anforderung.

KI-generiertDieses Bild wurde mit KI erzeugt · Yves Hoppe / KI / cmt

In der Praxis

Die Rechenzeit ist selten das Problem, die Randbedingungen sind es

Gerechnet wird meist mit dem Lastfall aus dem Betrieb. Was regelmäßig fehlt, sind Montage und Transport, also die Kraft, mit der jemand die Schraube anzieht, oder der Stoß beim Handling. Das Ergebnis hält dann alles aus, wofür es gerechnet wurde, und bricht beim Einbau.

Genauso wichtig sind die Bereiche, in denen nichts entstehen darf. Wenn Schlauchführungen, der Platz für den Schrauber und Sichtbereiche nicht als Sperrzonen hinterlegt sind, liefert die Software eine Form, die rechnerisch stimmt und sich nicht montieren lässt. Diese Zonen sauber zu definieren dauert länger als der Rechenlauf und entscheidet darüber, ob am Ende etwas Brauchbares herauskommt.

Was du bekommst, ist keine fertige Konstruktion, sondern eine organische Geometrie, meist als Netz. Funktionsflächen, Passungen und Gewinde baust du danach im CAD sauber nach, und die Fertigbarkeit gehört vorher geklärt: Was gedruckt wird, braucht Stützstrukturen und eine Nachbearbeitung, die im Preis steckt.

Generatives Design lernen

Wie du Randbedingungen sauber ansetzt und die Vorschläge danach bewertest, zeigen die Trainings zu KI in der Konstruktion an konkreten Bauteilen.

Das nötige Fundament, also ein sauber aufgebautes Modell mit belastbaren Referenzen, legst du in den Kursen zum Konstruieren mit Autodesk Inventor .

Kurse, die Generatives Design behandeln

Häufige Fragen

Brauche ich dafür einen besonders starken Rechner?

Viele Systeme lagern die eigentliche Berechnung auf Server des Herstellers aus, du startest die Studie also lokal und holst die Ergebnisse später ab. Am Arbeitsplatz brauchst du vor allem genug Grafikleistung, um die Varianten flüssig zu vergleichen.

Kann ich das Ergebnis direkt fertigen lassen?

Für den 3D-Druck oft ja, nach einer Prüfung von Wandstärken und Netzqualität. Für spanende oder gießende Verfahren brauchst du ein sauberes CAD-Modell mit Toleranzen und Bezügen, also einen Nachbau der berechneten Form.

Was muss ich vorher können?

Du solltest Lastfälle richtig einschätzen und Ergebnisse einer Festigkeitsberechnung lesen können. Ohne dieses Verständnis übernimmst du Formen, deren Randbedingungen mit der Realität wenig zu tun haben.

Persönlich für dich da