Virtuelles Design und Modellbau

Flächenrückführung vereinfachen und Prozesse beschleunigen

Die präzise und schnelle Überführung physischer Fahrzeugmodelle in die virtuelle Welt ist ein wichtiger Erfolgsfaktor bei der Designentwicklung. In Zusammenarbeit mit BMW Group Design wurden Methoden entwickelt, um die Formfindung über manuelle Gestaltung effektiv mit dem virtuellen Design verbinden zu können.

Design und Konstruktion entstehen heute weitgehend virtuell am Computer – Arbeiten an Clay-Modellen wie hier am BMW X2 sind jedoch weiterhin zumeist unverzichtbar. © Tebis

Für die Formfindung eines neuen Fahrzeugs sind nicht nur Ideen und Kreativität, sondern auch spezielle Technik und Software erforderlich. Bei der BMW Group erzeugen die Kreativen sowohl ein Computer-Modell eines neuen Fahrzeugs als auch eine physische Ausführung. Am greifbaren Objekt lässt sich die Form am besten beurteilen und weiterentwickeln. Die Tebis Flächenrückführung dient dazu, das Clay-Modell in die Computerwelt zurückzuführen und die Daten für weitere Prozessschritte nutzbar zu machen. Die am realen Modell gesicherten virtuellen Daten sind erforderlich unter anderem für die High-End-Visualisierung – Grundlage für die endgültige Formenwahl.

Auf dem Weg zur neuen Form
Heute schaffen Designer in der Regel die gewünschte Form eines geplanten Fahrzeugs zunächst im 3D-Raum durch Poly-Modelling. Hier entstehen am Bildschirm 2D-Skizzen und daraus 3D-Flächendaten. Diese Daten dienen als Grundlage für die physischen Modelle, die meist aus Clay (Industrieplastilin) bestehen. Die Clay-Modelle dienen der finalen Formfindung und Designabsicherung. An ihnen wird das Design beurteilt; Designer und Modelleure ändern Proportionen und Formen.

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Um die Oberflächengüte der rückgeführten Flächen zu beurteilen, nutzen die Mitarbeiter im Design-Studio die vielfältigen Krümmungsdiagnosen der Software. © Tebis

Ein bearbeitetes, finalisiertes Clay-Modell wird immer digitalisiert. Dabei entstehen Scandaten. Auf den eingelesenen Scandaten im STL-Format lassen sich in kurzer Zeit die Flächendaten für weitere Prozessschritte erzeugen. Tebis bietet hochwertige CAD-Flächendaten in zwei Qualitätsstufen: Konstruktionsflächen und Designflächen. Die exzellenten Designflächen bieten Vorstrakqualität und werden beispielsweise zur 3D-Visualisierung für fotorealistische Bilder und Filme vom virtuellen 3D-Modell benötigt. Die qualitativ hochwertigen Flächen können in CAS-Systemen direkt weiterbearbeitet werden und bekommen dort ihre finale Strakqualität.

Konstruktionsflächen entstehen als Vorstufe der Designflächen in etwa der halben Zeit. Sie sind bezüglich Flächenstrak weniger qualitätsvoll und werden mit Abteilungen wie Karosserie, Fahrwerk und Antrieb ausgetauscht.

Auf Grundlage des in Tebis erzeugten Flächenmodells (linker Bildschirm) werden im Tool für Arbeits-Visualisierungen (rechter Bildschirm) die Renderings für den BMW X2 vorbereitet. © Tebis

Faktor Zeit in der Flächenrückführung
Die Zeitspanne von der Konzeption bis zur Markteinführung neuer Typen verkürzt sich ständig. Gleichzeitig spielt im Bereich Automotive das Design eine enorme Rolle; es muss ansprechend, markant, innovativ und markenkonform sein. Der Formfindungsprozess über Clay-Modelle trägt zwar dazu bei, die geforderte Designqualität zu liefern, verschlingt aber auch wertvolle Zeit im Entwicklungsprozess. Tebis ist es nach eigenen Angaben in Zusammenarbeit mit BWW Group in den vergangenen zwei Jahrzehnten gelungen, hochwertigere Designflächen in kürzerer Zeit zu erzeugen. Allein von 2010 bis 2013 sei die Halbierung der Bearbeitungszeit erreicht worden. Grundlage hierfür war ein gemeinsames Projekt mit dem Ziel, in eine qualitativ beste Flächenrückführung eines Fahrzeugexterieurs statt 100 Stunden nur 50 Stunden investieren zu müssen.

Im Fokus des Projekts standen unter anderem eine neue toleranzgesteuerte Approximationstechnik sowie die automatische Kurvensynchronisation. Besonderes Augenmerk wurde auf die bis dato sehr zeitintensive manuelle Rekonstruktion der theoretischen Kanten gelegt. Hier konnten durch neue Algorithmen die größten Zeitfresser im Prozess eliminiert werden.

Bei der Flächenrückführung und der Flächenmodellierung bleiben in Tebis die theoretischen Kanten automatisch erhalten. In der Software stehen spezielle Funktionen zur Verfügung, um theoretische Kanten schnell zu erzeugen. © Tebis

Auch das User-Interface wurde unter die Lupe genommen, um den Zugang auch für Einsteiger einfacher zu gestalten. Den Erfolg des Projekts sollen einige Zahlen belegen: Für hochwertige CAD-Designflächen einer Fahrzeugaußenhaut seien heute für einen Typ mittlerer Komplexität etwa 50 Stunden anzusetzen. Genügt CAD-Konstruktionsqualität, etwa für eine Einbauuntersuchung, reichen 25 Stunden. Die Vorteile für Anwender: Deutliche Kosteneinsparung, einfaches Handling in der Flächenrückführung, kontinuierliche, zeitnahe Datenbereitstellung qualitativ hochwertiger CAD-Flächen über den gesamten Formfindungs- und Clay-Prozess.

Entwicklung aus der Praxis
Tebis profitierte durch die praxisnahe Softwareentwicklung und den Test des Prototyps im realen Arbeitsumfeld. 2015 brachte das Unternehmen den bei der BMW Group eingesetzten Software-Prototypen offiziell mit der Version 4.0 auf den Markt. Seither können alle Kunden ihre Flächen doppelt so schnell auf Basis von Meshes erstellen und an theoretische Kanten anpassen, was für die Akzeptanz der Flächen in den Folgeprozessen Voraussetzung ist.

Auf Knopfdruck wird in Echtzeit anhand der Reflexionsdiagnose (Zebrashading) die Glätte der erzeugten Design-Flächen erkennbar. © Tebis

Aktuell arbeitet Tebis zusammen mit der BMW Group an der weiteren Automatisierung in der Flächenberechnung. Ziel sei es, von heute durchschnittlich 25 Stunden Aufwand für Konstruktionsflächen auf zehn Stunden für Flächen zu kommen, die sich für erste Untersuchungen eignen.

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