MSC Apex Generative Design

MSC Apex Generative Design provides a truly end to end solution for designers making high-precision, metal components.

It takes you from screen to machine faster and with less human intervention than any other software.

MSC Apex Generative Design

Smart Generative Design for an unmatched Design for Additive Manufacturing Experience

Инструментарий специализированной топологической оптимизации и сглаживания геометрических поверхностей, ориентированный на аддитивные технологии, реализованный в графической среде MSC Apex. При минимальных затратах времени и усилий, пользователь может поставить задачу оптимизации и получить варианты конструкций со сглаженной геометрией готовые к 3D-печати. Сочетание небольшого количества многофункциональных и интерактивных инструментов моделирования обеспечивает беспрецедентную эффективность освоения и использования программного комплекса.

Аддитивные технологии являются одним из важнейших и революционных направлений развития современных инженерных технологий. Они открывают творческий простор инженерам для реализации самых необычных и смелых идей при проектировании эффективных, легких и прочных конструкций, внешние формы и силовые схемы которых не реализуемы с помощью традиционных технологий.

Для реализации всех преимуществ аддитивных технологий необходимо использовать специализированное программное обеспечение, которое изначально ориентировано на проектирование деталей для 3D-печати. Благодаря этому, можно получить легкие (экономия материала) и эффективные при эксплуатации конструкции. Возможно изготовление конструкций сложной формы без дополнительных затрат.

Одним из инструментов проектирования легких и эффективных конструкций для 3D-печати является топологическая оптимизация. Этот подход известен уже достаточно давно и заслужил признание у конструкторов, как возможность предсказать варианты формы легкой и прочной конструкции на ранних стадиях проектирования.

Ключевые преимущества MSC Apex Generative Design:

	Значительное сокращение затрат времени Инновационная технология MSC Apex Generative Design и ее ориентированность на скорость в сочетании с высоким уровнем автоматизации обеспечивает значительное сокращение затрат времени на оптимизацию. Результатом является быстрый, экономичный и интегрированный процесс проектирования деталей для аддитивного производства.
	Ориентированная на учет напряжений оптимизация Напряжения обычно являются наиболее важным критерием будущей формы детали. Используемый в MSC Apex Generative Design алгоритм может проводить оптимизацию конструкции основываясь на напряжениях в ней. Такой подход позволяет получить бионическую форму с однородно распределённым полем напряжений в ней для обеспечения высокой равномерной прочности детали.
	Учет правил и особенностей проектирования конструкций для аддитивного производства Каждая технология изготовления требует учета своих правил и особенностей проектирования для успешного производства детали. Такие правила проектирования существуют и для 3D-печати. В отличие от большинства распространенных программ топологической оптимизации, MSC Apex Generative Design уже содержит эти правила и полностью подходит для аддитивного производства.
	Автоматическое создание CAD-модели Полученная после оптимизации структура должна быть сохранена в соответствующие CAD-файлы. Обычное программное обеспечение для топологической оптимизации требует дополнительного программного обеспечения, а также знания и опыта работы в нем для сохранения геометрии. MSC Apex Generative Design включает в себя эту возможность и автоматически сохраняет геометрию для оптимальной работы с ней в CAD/CAM системах.
	Автоматическое сглаживание Интегрирован эффективный интеллектуальный алгоритм для автоматического создания гладких поверхностей на КЭ-сетке.
	Автоматическое создание КЭ-сетки Вместо ручного, трудоемкого процесса создания КЭ-сетки для оптимизации в обычном программном обеспечении, MSC Apex Generative Design автоматически создает не содержащую ошибок КЭ-сетку.
	Оптимизация без области проектирования Стандартное программное обеспечение для топологической оптимизации требует задания области проектирования из которого будет “удаляться” неработающий материал. MSC Apex Generative Design позволяет запустить процесс оптимизации без начального определения области проектирования. Такой подход намного быстрее и более управляемый для получения оптимальной формы.
	Надежная автоматическая регулировка размера КЭ-сетки В процессе оптимизации MSC Apex Generative Design может автоматически регулировать размер КЭ-сетки (путем ее локального перестроения) для получения оптимальной ажурной формы детали. После создания грубой сетки на исходной геометрии, MSC Apex Generative Design автоматически уменьшает размерность КЭ-сетки до тех пор, пока не будет получена детальная тонкая конструкция.
	Оптимизация с первого раза Использование стандартного программного обеспечения для топологической оптимизации требует расчёта нескольких вариантов с различными начальными условиями. Каждый вариант требует временных и финансовых ресурсов. MSC Apex Generative Design позволяет быстро отобразить первое (начальное) направление оптимизации и легко изменить его для получения правильного результата.
	Уникальные возможности детализации Программное обеспечение может генерировать очень подробные и сложные варианты конструкций, предназначенные для аддитивного производства. Реализация необходимого объема вычислений для таких случаев практически невозможна для обычного оптимизационного программного обеспечения.
	Оптимизация решетчатых (lattice) структур Решетчатые конструкции обладают высоким потенциалом для минимизации веса. Однако, переход от сплошного материала к решетчатым структурам, как правило, является сложным и чувствительным с точки зрения учета дефектов. С MSC Apex Generative Design вся конструкция может быть автоматически оптимизирована для создания плавного перехода, оптимального распределения напряжений, при этом обеспечивая плавные переходы зон решетчатой структуры.

With the ease of use and optimization speed, we see MSC Apex Generative Design as a game changer for EDAG. We can now generate even more lightweight designs in a fraction of time. This efficiency really pushes our product development." Lucas Epperlein - EDAG

To be more cost efficient, a redesign was absolutely necessary. With MSC Apex Generative Design 2020, we were able to show that printing time and costs can be significantly reduced with a volume reduction so that we are now much more competitive" Dr. Martin Laher - Miba Sinter Group

Case Studies

Satellite part: Mounting of drives for regulating microwave filters

Lightweight construction is particularly important in satellite design because every extra kilogram generates high costs for transportation into space. If weight can be saved, the valuable payload of the launch vehicle or satellite can be used for further applications and added value can be created.

This was exactly the aim of the project between the space company Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG, the machine manufacturer Trumpf and MSC Software / Simufact Generative Design specialists. The pictured mountings of drives for regulating microwave filters are to be used in

the German communications satellite Heinrich Hertz, which is to test the space capability of new communications technologies. For this application, the weight of the mount needed to be reduced. MSC Apex Generative Design was used to achieve this.

Lightweight Design on a new Level
A new, highly complex design was created by applying generative design, which enables maximum lightweight construction and is perfectly adapted and designed to the operational requirements. The result for the TESAT mount is impressive: 55% weight saving for a component designed for space technology. Instead of 164 grams, the mounting weighs only 75 grams. In addition, the innovative, stress-oriented optimization has further increased the stiffness of the component. The homogeneous stress distribution generated by MSC Apex Generative Design enables excellent stiffness and robustness with maximum weight reduction at the same time.

A perfect fit: Generative Design and 3D printing
"Today, additive manufacturing enables us to produce digitally generated and optimized geometries cost-efficiently. This offers enormous potential for lightweight construction, especially in space technology, but also in many other areas. In the future, generative design will play a key role in the uncomplicated and efficient use of this potential," commented Dr. Thomas Reiher, Director Generative Design at Simufact Engineering.

This new type of complex geometry can now only be produced with additive manufacturing. Trumpf took on this task with the TruPrint 3000 3D printer. The Heinrich Hertz satellite mission is carried out by DLR Space Management on behalf of the Federal Ministry of Economics and Energy and with the participation of the Federal Ministry of Defense.

Formula Student: Superior Design of a Wheel Carrier for maximum Performance

Every year a team of young students from the UPBracing Team develops a FormulaStudent racing car to compete in international competitions. Two factors are essential for a successful racing car: light weight and strong components. In addition to the races in which drivers and racing cars prove their performance, there is also an extra rating for the lightweight construction of the racing car. Due to its fourfold use, the wheel carrier is ideal for saving weight while meeting high load-bearing requirements.

Conventional design for milling, due to the very complex shape the parts weighs 515g but produces 15.5kg aluminum waste

Optimized lightweight design in only 8 hours

Smart Generative Design for tailored 3D Printing Structures
In previous years, the teams had tried to design light weight wheel carriers with complex milling designs. The wheel carrier in 2012 with a traditional, already complex, milling design weighed 515g. It was milled from a 16 kg block of material thus producing 15.5 kg of aluminum waste. For the 2018 season, MSC Apex Generative Design technology was applied to create an optimal lightweight design. Design and non-design areas were defined in the model design and the complex load cases were added. The mesh was then automatically generated and optimized. The algorithm generated the finished smoothed result on a workstation with the high-end NVIDIA Tesla P100 graphic card in 6 hours (which would take approximately 14 hours with a solid workstation GPU NVIDIA QUADRO P5000). The result was single wheel carrier of with a weigh of 266g - a reduction of 48% compared to the 2012 equivalent. There was also no significant waste of material because the part was produced by additive manufacturing. This contributed considerably to the overall weight reduction of the race car and gained a lot of attention and a very good rating within the design report, a special category in the overall competition.

Driving Lightweight to the Maximum: Redesign of an Aerospace Bracket

A popular example for testing the optimization quality of different algorithms is the "GE Jet Engine Bracket". This bracket of an aircraft turbine was published on the GrabCAD website by General Electric in 2013 as a design challenge for additive manufacturing. The challenge was to redesign the very simple component design using any method, and to develop a component that was as light as possible while taking the given boundary conditions into account. The Challenge attracted a great deal of attention and is still frequently used today to demonstrate the strengths of new algorithms.

Three different designs for the Jet Engine Bracket Optimization by MSC Apex Generative Design created in very short time

Choosing the most promising Design from various Variants
The same component with the same loads was calculated by MSC Apex Generative Design, with the results shown above. They were each calculated on a CAD workstation with two Nvidia P5000 graphics cards in less than an hour. The result reaches from an optimally-shaped, thin, multi-curved shell with thin additional struts for the transmission of the highest loads to a strut only design. Especially the shell design is very stable, particularly light and easy to produce with additive processes because hardly any support structure is required. It can only be achieved with a particularly high calculation resolution as MSC Apex Generative Design is capable of calculating while still being super fast. The automated generative design from MSC Apex Generative Design shown here is even lighter and has lower stress than other solutions. A weight of only about 140g could be achieved with a maximum stress of 680 MPa (target stress 700MPa).

MSC Software Corporation