`\diagbox` und `tabularx` vertragen sich nicht so gut.  Man muss daher bei `\diagbox` die Breite explizit angeben.
angeben.  Um eine `X`-Spalte zu zentrieren verwendet man `>{\centering\arraybackslash}X`.
    \documentclass{article}
    \usepackage{booktabs}
    \usepackage{diagbox}
    \usepackage{tabularx}
    \begin{document}
    \setlength{\tabcolsep}{4.5mm}
    \renewcommand{\arraystretch}{1.8}
    \begin{tabularx}{\textwidth}{X|*{3}{>{\centering\arraybackslash}X}}
      \toprule
      \diagbox[innerwidth=\hsize]{Geometrie}{Verfahren} & V1  & V2  & V3  \\
      \midrule
      \bottomrule
    \end{tabularx}
    \end{document}
[![alt text][1]][1]
  [1]: https://texwelt.de/wissen/upfiles/test_434.png