SRAM revolutioniert mithilfe von Autodesk in AWS den Radsport und liefert Komponenten, die 20 Prozent leichter und 2x stärker sind

Der Fahrradteilehersteller SRAM wurde mit dem Ziel gegründet, Fahrern auf der ganzen Welt ein schnelleres, unterhaltsameres und effizienteres Fahrraderlebnis zu bieten. Im Laufe seiner Geschichte hat das Unternehmen neue Technologien genutzt, um sowohl seine Wettbewerbsposition als auch das Fahrererlebnis zu verbessern. In Zusammenarbeit mit Autodesk und Amazon Web Services (AWS) hat sich SRAM das Konzept des generativen Designs zu eigen gemacht, das die Leistungsfähigkeit von Cloud Computing nutzt, um die Entwurfs- und Markteinführungszeit zu verkürzen und gleichzeitig die Leistung zu optimieren. Durch die Kombination von generativem Design mit additiver Fertigung (3D-Druck) kann SRAM doppelt so starke und 20 Prozent leichtere Teile in kürzerer Zeit und mit weniger Ressourcen herstellen.

SRAM, ein Hersteller innovativer Fahrradteile für alle Fahrradtypen, hat ein Ziel: das beste Raderlebnis für alle zu schaffen. „Unser Ziel ist es, die nächste Generation von Produkten zu entwickeln, die unsere Kunden, Endverbraucher und Wettbewerber nie für möglich gehalten hätten“, sagte Dhiraj Madura, Global Director of Industrial Design bei SRAM.

Um wegweisende Produkte und Funktionen zu entwickeln, die Fahrräder schneller und sicherer machen und Fahrer dazu inspirieren, weiter zu fahren, setzt SRAM mit Unterstützung des AWS Advanced Technology Partners Autodesk auf den Einsatz neuer Materialien, fortschrittlicher Herstellungstechniken und kürzlich auch auf das Konzept des generativen Designs.

Generatives Design ist eine Form künstlicher Intelligenz, die die Leistungsfähigkeit der Cloud und des Machine Learning nutzt und gleichzeitig den gesamten Prozess von der Konstruktion bis zur Herstellung beschleunigt. Designer oder Ingenieure setzen Designziele in generativer Designsoftware um, zusammen mit Parametern wie Leistungs- oder Raumanforderungen, Materialien, Herstellungsmethoden und Kostenbeschränkungen. Die Software untersucht dann alle möglichen Permutationen einer Lösung, generiert schnell Entwurfsalternativen und testet und lernt aus jeder Iteration, was funktioniert und was nicht.

Autodesk ist ein führendes Unternehmen im Bereich generativer Designtechnologie. Die bewährte Fusion-360-Plattform integriert Computer-Aided Design (CAD), Computer-Aided Manufacturing (CAM), Computer-Aided Engineering (CAE) und Software für Leiterplatten (PCB) in einer einzigen Plattform, die auch generative Design-Tools auf Basis von AWS enthält.

SRAM entschied sich, seine ersten generativen Designbemühungen auf den Fahrradkurbelarm zu konzentrieren, eine wichtige strukturelle Komponente, die das Pedal mit dem Fahrrad verbindet, wobei das Ziel darin bestand, das Gewicht zu reduzieren, ohne dabei an Stärke oder Leistung einzubüßen. Vor der Einführung des generativen Designs investierten Ingenieure und Designer viel Zeit in den mühsamen Prozess des Hin- und Herschiebens von Pixeln in einem einzigen 3D-CAD-Modell, um alle Produktanforderungen zu erfüllen. „Mit Autodesk, generativem Design und AWS Cloud Computing sind wir jetzt in der Lage, zu Beginn des Projekts weitaus mehr Konzepte zu generieren und unserem Designteam mehrere Lösungen zur Validierung durch Prototyping und Verfeinerung zur Verfügung zu stellen,“ sagt Madura. „Angesichts unserer engen Zeitpläne wäre dies mit herkömmlicher 3D-Modellierung einfach nicht möglich.“

Das Projekt begann mit der Analyse des vorhandenen Kurbelarms. Das Ingenieurteam von SRAM führte eine virtuelle Simulation durch, die als Finite Element Analysis (FEA) bekannt ist, um den Kurbelarm statisch zu belasten. Mithilfe von FEA konnte das Team das Pedal bei maximaler Belastung simulieren, bei dem ein Fahrer auf dem Pedal steht und nach einem Sprung landet. „Hier konnten wir uns zum ersten Mal von den Vorteilen unserer Partnerschaft mit AWS überzeugen“, sagte Sean Manzanares, Senior Manager, Industry Strategy bei Autodesk. „Diese FEA-Studien wurden im Vergleich zu einem Desktop-Computer mit begrenzten Rechenkernen in Minuten statt in Stunden gelöst.“

Mit diesen Informationen verfügte das Team über ein solides Grundverständnis des Kurbelarms und war bereit, mithilfe des generativen Designprozesses zur Erkundung des Designs überzugehen. Durch die Eingabe von Designparametern in Fusion 360 konnte das Team die Supercomputing-Leistung von AWS nutzen, um buchstäblich Hunderte verschiedener Designvarianten zu erstellen. „Mit AWS konnten wir fast 20 000 Berechnungen lösen. Jede der generativen Designstudien nutzte bis zu 170 Prozessorkerne in der Cloud, und wir hatten innerhalb von 30 Minuten unsere Ergebnisse,“ sagte Manzanares. „Ein Team von Designern und Ingenieuren hätte sich ansonsten auf keinen Fall diese Menge an Iterationen einfallen lassen können, aus denen es das beste Design auswählen konnte.“

Jede Designvariante wurde bewertet, und das Team wählte die vielversprechendste für die weitere Untersuchung aus. Dazu mussten die neuen Designs virtuell validiert werden, indem dieselbe statische FEA-Analyse durchgeführt wurde wie ursprünglich am vorhandenen Kurbelarm. Der nächste Schritt bestand darin, die validierten Designs zu bearbeiten, indem zunächst die tatsächliche Bearbeitung simuliert wurde, um mögliche Probleme im Prozess zu vermeiden. Dann folgte die tatsächliche Herstellung einer Komponente, die für weitere Tests in ein Fahrrad eingebaut werden konnte.

So entstand zwar eine für Gewicht und Leistung optimierte Komponente, doch das ultimative Ziel von SRAM war es, die Grenzen der Innovation zu überschreiten, indem ein Kurbelarm entworfen wurde, der im 3D-Druck hergestellt werden konnte. Ein Verfahren, das als additive Fertigung bekannt ist. Unter Verwendung des gleichen generativen Design- und Testprozesses produzierte SRAM eine Komponente, die doppelt so stark und 20 Prozent leichter war als das Original.

„Generatives Design ist ein Tool, das es uns ermöglicht, nicht nur die Leistungsparameter für den Fahrer zu optimieren, sondern auch die Entwicklungszeit zu verkürzen, um neue Ideen auszuprobieren, sie zu bewerten und sie zu verwerfen oder sie in die Prototypenphase zu bringen“, sagte Will King, Senior Design Engineer bei SRAM. „Wir sind ein Innovationsunternehmen. Wir wollen die Verbraucher mit unseren Komponenten inspirieren, aber wir wollen auch weiterhin Innovationen hinzufügen und das Fahrerlebnis verbessern. Generatives Design hilft uns, diese Ziellinie schneller zu erreichen.“