Neben dem Generativen Design bietet Autodesk Fusion auch die Topologieoptimierung als spezielles Werkzeug zur Formoptimierung. Während das Generative Design mehrere Optionen generiert und auch unterschiedliche Materialien oder Fertigungsarten berücksichtigen kann, fokussiert sich die Topologieoptimierung auf ein einzelnes Bauteil. Ziel ist, dieses Bauteil gezielt zu erleichtern, ohne die grundlegende Geometrie komplett zu verändern. Im Folgenden zeigen wir, wie die Topologieoptimierung in Autodesk Fusion funktioniert, welche Schritte notwendig sind und wie sich das Ergebnis auf ein fertigungsgerechtes Modell übertragen lässt.
1. Vorbereitung: Material und Lasten definieren
Bevor die Topologieoptimierung gestartet wird, legen Sie in Autodesk Fusion fest:
1. Materialauswahl: Ob Aluminium, Stahl oder Kunststoff – das gewählte Material beeinflusst die statischen Eigenschaften.
2. Lasten: Ähnlich wie bei klassischen Simulationen definieren Sie, wo Kräfte oder Momente angreifen. Auch Umgebungsfaktoren wie Schwerkraft können einbezogen werden.
3. Strukturelle Abhängigkeiten: Ein Bauteil weist meist fixierte Bereiche auf (z. B. Schraubverbindungen oder Auflageflächen), die für die Simulation als „eingespannt“ markiert werden.
Indem Sie alle relevanten Lastfälle abbilden, stellen Sie sicher, dass das optimierte Design später den realen Belastungen standhält.
2. Beibehaltungsbereich: Sicherstellen unveränderter Zonen
Ein wichtiger Unterschied zum Generativen Design ist, dass die Topologieoptimierung nicht von sich aus bestimmte Bauteilbereiche auslassen kann, um z. B. ganz neue Geometrien zu erzeugen. Stattdessen definieren Sie im Vorfeld:
• Beibehaltungsbereiche: Zonen, die nicht verändert werden dürfen – etwa Passflächen, Lageraufnahmen oder Anschlussstellen. Die Software wird diese Bereiche nicht abtragen.
• Bauteil für die Optimierung: Alles außerhalb der Beibehaltungszone kann potenziell entfernt oder reduziert werden, sofern die Lastfälle es zulassen.
Dies bedeutet, die Form bleibt grundsätzlich ähnlich, nur das überflüssige Material wird abgetragen.
3. Optimierung: Software berechnet die optimale Form
Nach der Definition von Material, Lasten und Beibehaltungsbereich kann die Topologieoptimierung gestartet werden:
1. Berechnung: Autodesk Fusion simuliert, wie das Material unter den gegebenen Kräften reagiert. Bereiche geringer Belastung werden sukzessive herausgefiltert.
2. Ergebnis: Heraus kommt eine Netzstruktur, die anzeigt, wo Material entfernt werden kann, um das Bauteilgewicht zu reduzieren, ohne die Stabilität zu gefährden.
Verglichen mit dem Generativen Design ist das Ergebnis meist weniger „organisch“ und stark eingeschränkt auf die ursprüngliche Bauteilform, da wirklich nur überschüssiges Material weggenommen wird.
4. Manuelle Anpassung: Netzstruktur verfeinern
Das Resultat der Topologieoptimierung ist oft eine Netzstruktur (Mesh), die nicht sofort fertigungsfähig ist. Zur Umsetzung in ein reales Bauteil:
• Netz-Arbeitsbereich: Autodesk Fusion bietet Funktionen, um das Mesh zu glätten oder in ein Volumen zu konvertieren.
• Manuelles Nachmodellieren: Gerade an Kanten oder Anschlussflächen ist eine manuelle Nachbearbeitung sinnvoll, um z. B. glattere Übergänge zu erzeugen oder Fertigungsradien zu berücksichtigen.
• Schnittstellen definieren: Stellen Sie sicher, dass alle Kontaktstellen (z. B. Schraublöcher) weiterhin passgenau ausgearbeitet sind.
So wird aus dem Simulationsergebnis eine fertigungsgerechte Konstruktion.
5. Vorteile und Grenzen der Topologieoptimierung
Die Topologieoptimierung in Autodesk Fusion bietet:
1. Gewichtsreduktion: Durch Entfernen unnötigen Materials sinkt das Bauteilgewicht.
2. Zielgerichtete Anpassungen: Anders als beim Generativen Design, das oft ganz neue Formen erzeugt, bewahren Sie hier die Kernform des Bauteils.
3. Schnelle Umsetzung: Da lediglich ein Einzelteil optimiert wird, ist der Prozess weniger komplex als beim Generativen Design.
Allerdings ist das Ergebnis auch weniger radikal als die Vorschläge des Generativen Designs: Es werden nicht hunderte Varianten erzeugt, sondern nur das bestehende Modell soweit reduziert, wie es strukturell sinnvoll ist.
Fazit
Die Topologieoptimierung in Autodesk Fusion ist ein leistungsstarkes Werkzeug, wenn Sie ein existierendes Bauteil gezielt leichter machen möchten, ohne es komplett neu zu erfinden. Sie legen fest, wo Material unverzichtbar ist und wie das Bauteil belastet wird. Anschließend kalkuliert die Software eine Form, die an den realen Lastfällen ausgerichtet ist und überschüssiges Material entfernt.
Das Ergebnis spart Gewicht, senkt Materialkosten und kann durch manuelles Nachbearbeiten in eine produktionsreife Geometrie überführt werden. Damit ist die Topologieoptimierung eine passende Ergänzung zum Generativen Design, wenn Sie primär ein Einzelteil verfeinern möchten, anstatt mehrere komplett neu zu denken.
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