Spritzguss KI-Tool berechnet Spritzguss-Bauteile bis zu 100-mal schneller

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Ob Akkuschrauber-Gehäuse oder Zahnbürstengriff – viele Alltagsprodukte entstehen im Spritzgussverfahren. Bevor ein neues Werkzeug gefertigt wird, sind Simulationen nötig, die oft Stunden dauern. Forschende haben eine Software entwickelt, die klassische Physik mit KI kombiniert – und damit Berechnungen bis zu 100-mal schneller liefert als gängige Lösungen.

Das Wichtigste in Kürze

• Forscher der Universität Augsburg kombinieren physikalische Modelle mit KI-gestützten Verfahren
• Simulationen zur Bauteilauslegung im Spritzguss laufen dadurch in Sekunden statt Stunden ab
• Das Modell benötigt dank eingebrachtem Vorwissen nur wenige hundert Trainingsdatensätze
• Eine eigens entwickelte KI-kompatible Finite-Elemente-Software soll künftig aus Produktionsdaten weiterlernen
• Langfristiges Ziel: ein KI-Tool, das komplette Bauteile spritzgussgerecht generiert

Genauigkeit vs. Geschwindigkeit: Der Zielkonflikt in der Praxis

Will ein Unternehmen ein neues Bauteil im Spritzguss fertigen, müssen Machbarkeit und Formauslegung zunächst geprüft werden. Üblicherweise kommen dabei Softwarelösungen zum Einsatz, die auf physikalischen Strömungssimulationen basieren. Diese liefern zwar präzise Ergebnisse, sind aber rechenintensiv – eine einzelne Simulation kann mehrere Stunden dauern. Gerade in der frühen Phase der Produktentwicklung, in der viele Varianten schnell verglichen werden müssen, wird das schnell zum Flaschenhals. 

Hier setzt das Team um Prof. Dr.-Ing. Nils Meyer vom Centre for Future Production der Universität Augsburg an. Meyer leitet dort den Lehrstuhl für Data-driven Product Engineering and Design.„Ein Tool, mit dem man sekundenschnell viele Möglichkeiten prüfen kann – etwa wo am sinnvollsten eingespritzt werden sollte –, kann in Unternehmen wertvolle Ressourcen einsparen: Arbeitszeit, Rechenzeit, Geld und Energie", erklärt Meyer. „Uns ist es gelungen, den Prozess um bis zum Faktor 100 zu beschleunigen." Die hochgenauen physikalischen Methoden bleiben dabei nicht überflüssig – sie kommen laut Meyer als zweiter Schritt zum Einsatz, wenn es um die finale Berechnung des Bauteils geht.

Produktentwicklung

Synergie statt Ersatz: Wie KI und Simulation den Designprozess neu formen

Wenig Daten, beliebige Geometrien

Eine zentrale Herausforderung: Das KI-gestützte Tool soll Vorhersagen für beliebige Bauteilgeometrien treffen können – und das mit möglichst wenigen Trainingsdaten. Statt auf riesige Datenmengen zu setzen, hat das Augsburger Team gezielt physikalisches Vorwissen in das KI-Modell integriert.„Wir wissen zum Beispiel bereits, dass ein Bereich mit großem Abstand zum Einspritzpunkt später gefüllt wird als einer direkt daneben. Das müssen wir nicht erst aus Daten lernen", so Meyer. Dieses Vorwissen reduziert den Trainingsaufwand erheblich: Wenige hundert Beispiele genügen, damit das Modell Vorhersagen für völlig neue Bauteile treffen kann.

KI-kompatible Finite-Elemente-Software als Schlüsselelement

Ein besonderes Feature der Entwicklung ist eine KI-kompatible Finite-Elemente-Software, die Meyers Arbeitsgruppe selbst entwickelt hat. Die Finite-Elemente-Methode zerlegt komplexe Bauteile in viele kleine, einfach berechenbare Teile – etwa um den Verzug eines Bauteils beim Abkühlen vorherzusagen. Der entscheidende Vorteil: „Durch diese Software hindurch können wir auch unser KI-Modell weiter trainieren. So kann das Modell mit gemessenen Verformungen aus dem Produktionsprozess weiterlernen und dabei immer besser werden", erläutert Meyer.

Ausblick: KI als Konstruktionspartner

Aktuell unterstützt die Software vor allem bei der Optimierung bereits entworfener Bauteile. Meyers Team denkt aber bereits weiter: Perspektivisch soll die KI den gesamten Konstruktionsprozess begleiten.„Wir stellen uns ein Programm vor, dem man seinen Bauteilwunsch mitteilt und das dann KI-gestützt spritzgussgerecht generiert wird. Das hilft Konstrukteuren, aus dem riesigen Lösungsraum möglicher Bauteile schnell das Beste zu finden. Es entlastet sie von repetitiven Aufgaben und gibt ihnen mehr Zeit für kreative Prozesse und Produktanforderungen", fasst Meyer die Vision zusammen.

Wir stellen uns ein Programm vor, dem man seinen Bauteilwunsch mitteilt und das dann KI-gestützt spritzgussgerecht generiert wird.

Prof. Dr.-Ing. Nils Meyer

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