KI-basiertes Design und Produktion in Rekordzeit: Gemeinsam ist es NASA und Protolabs im Rahmen des PowerSource Global Summit gelungen, einen Proof-of-Concept für die künftige Entwicklung der Raumfahrt zu erbringen

Minneapolis / Putzbrunn bei München- 24.09.2024 – In Zusammenarbeit mit Protolabs, einem führenden Unternehmen im Bereich der digitalen Fertigung, stellten NASA-Ingenieure kürzlich die Leistungsfähigkeit ihres KI-gesteuerten Design-Tools (https://www.protolabs.com/resources/partnerships/nasa/) auf dem PowerSource Global Summit, einer jährlich stattfindenden Konferenz, die Führungskräfte aus allen Bereichen der Technologie zusammenbringt, unter Beweis. Ziel war dabei der Nachweis und die Veranschaulichung der Vorzüge eines KI-gestützten Design- und Produktionsprozesses für die Luft- und Raumfahrt und ein Ausblick auf die Möglichkeiten von Morgen.

Generatives Design für Artemis- Mondforschungsmission

Am ersten Tag der Konferenz wurden die Konferenz-Teilnehmer, darunter auch NASA-Ingenieure, dazu aufgefordert, Ideen für ein generatives Design zu liefern. Ziel hierbei war es, einen Prototyp für ein Gerät zu entwerfen, das Gasproben sammelt, die durch Sonnenlicht auf dem Mond freigesetzt werden. Dieses Gerät sollte Teil der Artemis-Mondmissionen der NASA werden. Die Artemis-Mission der NASA zielt darauf ab, Menschen wieder auf den Mond zu bringen und die Möglichkeiten dauerhafter Besiedlung für die Zukunft auf dem Mond und auch auf dem Mars zu erforschen.

Mittels Crowdsourcing wurden zunächst die gewünschten Eigenschaften für den Probensammelbehälter festgelegt: Modularität, Stapelbarkeit, Skalierbarkeit und die Art und Weise, wie eine Person oder ein Roboter mit dem Gerät interagieren würde, standen hierbei im Fokus. Gleichzeitig galt es auch die identifizierten Geometrien und Teilequalitäten sicher zu stellen, damit der finale Prototyp maschinell bearbeitbar ist und darüber hinaus den strengen Größenanforderungen entspricht.

Auf Grundlage dieser Spezifikationen erstellte die generative Design-Software der NASA im nächsten Schritt eine CAD-Datei, die noch am selben Abend in der digitalen Fabrik von Protolabs bearbeitet werden konnte. Das Ziel war es, den Prototyp bis zum Ende der Konferenz – also innerhalb von zwei Tagen – zu liefern.

Erfolgreiche Prototypenfertigung für die NASA: Präzision und Geschwindigkeit vereint

“Für eine erfolgreiche Demonstration unserer Idee war entscheidend, dass der Hersteller, den wir für die Fertigung des Prototyps auswählten, das von uns bestellte Teil pünktlich lieferte. Daher blieb hierbei keinerlei Spielraum für Fehler oder Verzögerungen”, betonte Matthew Vaerewyck, Maschinenbauingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. “Um das Projekt der NASA erfolgreich umzusetzen, haben wir uns bewusst für die Zusammenarbeit mit Protolabs entschieden, da es der einzige digitale Hersteller weltweit ist, der einen digitalen Fertigungsprozess mit Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit verbindet und dabei ein hohes Maß an Qualität sicherstellt.”

Vaerewyck lud die CAD-Datei des mittels KI generierten Designs auf die digitale Angebotsplattform von Protolabs hoch. Innerhalb von lediglich 19 Stunden wurde das organische Design des Bauteils in der CNC-Bearbeitungsanlage von Protolabs vollständig gefertigt. Anschließend wurde der Prototyp von Minnesota aus zur Konferenz in Florida verschickt und traf vor Beginn des letzten Veranstaltungstages ein – weniger als 36 Stunden nach der Bestellung.

“Wir freuen uns, als Fertigungspartner an diesem neuartigen Projekt mitgewirkt zu haben, welches die Auswirkungen der Kombination von generativem Design und automatisierter Fertigung demonstriert”, erklärt Greg Thompson, Senior Director of CNC Machining bei Protolabs. “Als ein Unternehmen, das die Fertigung revolutioniert hat, ist Protolabs stolz darauf, eine zentrale Rolle bei dieser NASA-Mission zu spielen und somit die Grenzen der Innovation zu erweitern, um die Erforschung des Weltraums zu ermöglichen.”

Auch für deutsche Luft- und Raumfahrt entscheidend

Das Beispiel der nahtlosen Zusammenarbeit zwischen kundenseitiger Entwicklungsarbeit und der schnellen Fertigung lässt sich dabei auch für die deutsche und europäische Luft- und Raumfahrtbranche als exemplarisch für die Zukunft sehen. Während die Relevanz dieser Industrie innerhalb der vergangenen Jahre stetig anstieg, stellten insbesondere Herstellung und Produktion entsprechender Bauteile einen relevanten Zeit- und Kostenfaktor dar.

“Geschwindigkeit, Qualität und auch die Möglichkeit, auf externes Expertenwissen hinsichtlich des Teiledesigns zurückgreifen zu können, sind für die Luft- und Raumfahrt essenziell”, erklärt Daniel Cohn, Managing Director von Protolabs Deutschland. “Das Beispiel aus den USA zeigt klar auf, dass wir in diesem Bereich durch KI und die Fertigungserfahrung von Protolabs eine neue Ära erreicht haben. Während sich das gemeinsame Projekt mit der NASA allerdings nur auf die CNC-Fertigung beschränkte, müssen wir an dieser Stelle für Europa die Relevanz der additiven Fertigung unterstreichen. Durch diese Technologie – kombiniert mit dem Know-how der Expertinnen und Experten von Protolabs – kann praktisch jedes von der KI entworfene Design über Nacht Realität werden.”

Erfahren Sie hier mehr über diese Zusammenarbeit unter folgendem Link: https://www.protolabs.com/resources/partnerships/nasa/

Protolabs ist der weltweit führende Digitalhersteller für kundenspezifische Prototypen und Kleinserienteile. Das technologieorientierte Unternehmen verwendet fortschrittliche Technologien für 3D-Druck, CNC-Bearbeitung und Spritzguss, um Teile innerhalb weniger Tage zu fertigen. Das Ergebnis ist eine beispiellos schnelle Markteinführung für Produktdesigner und Ingenieure weltweit.

Aspekte:
-Digitale 3D-CAD-Modelle werden von einem automatisierten Angebotssystem und urheberrechtlich geschützter Software in Anweisungen für Hochgeschwindigkeits-Fertigungsanlagen umgewandelt. Dabei wird ein digitaler Zwilling des gewünschten Teils erstellt. Das Resultat sind Teile, die volldigitalisiert hergestellt und innerhalb von einem bis 15 Tagen geliefert werden.
-Das Unternehmen stützt sich auf drei primäre Dienstleistungen: Spritzguss, CNC-Bearbeitung und 3D-Druck (Additive Fertigung).
-Die Spritzgusstechnik wird für Quick-turn-Prototypenherstellung, Bridge-Tooling und Kleinserienproduktion von bis zu 10.000 und mehr Teilen sowie für kleinere Mengen von Altteilen eingesetzt. Das Unternehmen bietet mehr als 100 Thermoplaste, Metalle und Silikone an.
-Protolabs verwendet indexiertes 3- und 5-Achsen-Fräsen und Drehen zur Bearbeitung von technischem Kunststoff und Prototypen aus Metall sowie von funktionsfähigen Fertigteilen in Mengen von weniger als 200.

Bei der Additiven Fertigung werden fortschrittliche 3D-Drucktechnologien eingesetzt, die extrem genaue Prototypen mit komplexen Geometrien erstellen können. Additive Teile werden mit Stereolithographie, selektivem Lasersintern, Multi Jet Fusion, PolyJet und Direktem Metall-Lasersintern sowie in verschiedenen Kunststoffen und Metallen hergestellt.

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