Generatief ontwerp, prototypen en CNC-frezen

Als je de taak hebt om prototyping in huis te halen of je eigen prototypelab te bouwen, zul je merken dat er een overweldigende schat aan informatie is om te evalueren.

Van capaciteiten tot kosten, ruimtevereisten en zorgen over geluid, trillingen, afval en energie-efficiëntie, het vermogen om te isoleren en te reageren op de specifieke behoeften van uw bedrijf kan ingewikkeld zijn.

Dit geldt met name naarmate de productie evolueert en nieuwe processen zoals generatief ontwerp centraal komen te staan, met nog meer complexiteiten om te overwegen.

Modern Machine Shop meldde onlangs dat,

Laten we meer te weten komen over deze geavanceerde ontwikkelingen en hoe generatief ontwerp in perfecte harmonie kan werken met CNC-frezen in uw prototypelab.

Het ontstaan ​​van generatief ontwerp

Generatief ontwerp verstoort de manier waarop productie is gedaan vanuit zowel praktisch als filosofisch oogpunt - met een perspectief dat geworteld is in waardering voor de natuurlijke wereld en evolutie, in het bijzonder.

"Evolutie heeft in de loop van miljarden jaren de dier- en plantensoorten die de planeet bevolken geperfectioneerd, waarbij minder dan optimale ontwerpen worden verworpen ten gunste van degenen die kunnen overleven en gedijen", schrijft Rani Richardson voor Industry Week.

Bij het nastreven van een evenzo geperfectioneerd proces, vraagt ​​Richardson:"Wat als evolutionair ontwerp zou kunnen worden nagebootst met behulp van op wetenschap gebaseerde methoden? En wat als dat proces zou kunnen worden versneld om in minuten en seconden te worden voltooid in plaats van jaren of eonen?”

Voer generatief ontwerp in, "dat machine learning gebruikt om de evolutionaire benadering te omzeilen en rechtstreeks naar de optimale vorm te snijden."

Door het proces van het in productie brengen van een prototype te innoveren:

Deze nieuwe filosofie wint terrein, dankzij kunstmatige intelligentie en een opnieuw ontworpen ontwerpproces. In de kern is het ontwerpproces "meestal een reeks reductieve verfijningen, waarbij de ontwerpopdracht in een breder bereik wordt bekeken en deze wordt beperkt totdat de best mogelijke oplossing is gevonden."

De integratie van kunstmatige intelligentie in generatief ontwerp heeft de manier veranderd waarop prototyping kan worden bereikt - waardoor meer diverse resultaten mogelijk zijn dan ooit tevoren had kunnen worden gerealiseerd.

Volgens Industry Week:

Waar past generatief ontwerp in uw productiemodel, rekening houdend met dit onmiskenbare momentum?

Wat betekent generatief ontwerp voor fabrikanten?

Moderne productie wordt voortdurend uitgedaagd door de vraag van consumenten naar betere producten die sneller dan ooit op de markt kunnen worden gebracht. Deze behoefte aan snelheid, gecombineerd met het niet-aflatende streven naar steeds betere producten, kan belastend zijn voor het fabricageproces.

Geef het voordeel van kunstmatige intelligentie dat inherent is aan generatief ontwerp:"Maar, zoals veel moderne toepassingen van kunstmatige intelligentie, is het basisidee dit:als u voldoende rekenkracht bundelt, is uw netwerk in staat om vele iteraties van zeer complexe taken zeer snel te voltooien. ”

Om concurrerend te blijven en hun bedrijfsresultaten te beschermen, vertrouwen steeds meer fabrikanten in toenemende mate op generatief ontwerp als een belangrijke strategie die zowel ingenieurs als ontwerpers in staat stelt om ontwerpproblemen op meer innovatieve en efficiënte manieren te benaderen. Uiteindelijk verkort dit het ontwerp- en prototypingproces en versnelt het de tijd die nodig is voordat innovatieve producten op de markt komen.”

Wat genereert generatief ontwerp eigenlijk?

Een betere vraag zou kunnen zijn:wat genereert het niet?

Generatief ontwerp heeft bemoedigende implicaties voor een verscheidenheid aan branches, waaronder luchtvaart, auto's en defensie.

Terwijl de maakindustrie extra toepassingen voor dit verbeterde ontwerpdenken projecteert:"Er zijn talloze voorbeelden van waar deze gereedschappen tegenwoordig al worden gebruikt, van huishoudelijke artikelen zoals stoelen tot het industriële ontwerp van autochassis en vliegtuigwanden."

Voor de lucht- en ruimtevaartindustrie en de auto-industrie helpt generatief ontwerp ingenieurs om doelstellingen te bereiken, zoals het minimaliseren van het gewicht van de onderdelen, het maximaliseren van de stijfheid, het verlagen van de kosten en het optimaliseren van het materiaalgebruik. Het gebruik van generatief ontwerp kan het gewicht van onderdelen verminderen van tot 30% bij traditionele productie tot 70% bij additieve productie.”

Vanuit het oogpunt van consumptiegoederen zien we al een reeks zeer herkenbare producten op de markt worden gebracht door generatief ontwerp. Goed nieuws als uw prototypelab geschikt is voor klanten die deze producten maken.

Welke soorten consumentenproducten, specifiek?

"Nou, de consumentenproducten die zijn gemaakt met een generatief ontwerp komen al in onze schappen terecht in de vorm van Adidas-sneakers en Vitamix-blendermondstukken, en we mogen verwachten dat er meer producten zullen volgen in de vorm van sportartikelen, hoesjes voor mobiele telefoons en huishoudelijke apparaten."

Maar dat is echt het topje van de ijsberg:“Er zijn vrijwel geen grenzen aan wat generatief ontwerp kan creëren. Met zijn basis in de ontwerpen van de natuur, is generatief ontwerp bijna een weergave van een ontwerp dat de cirkel rond is.”

Wat belooft generatief ontwerp voor in-house prototypes?

Generatief ontwerpen biedt meer mogelijkheden voor prototyping dan traditionele processen ooit hebben kunnen bieden. Om te beginnen geeft generatief ontwerp u de mogelijkheid om zowel de kwantiteit als de kwaliteit van de prototypes die u produceert te verhogen, op basis van ontwerpspecificaties en productbehoeften.

Het potentieel voor betere prototypes

In plaats van te vertrouwen op één enkele oplossing of prototype, kunnen fabrikanten nu de vruchten plukken van een grotere ontwerpprecisie voor sterkere klantoplossingen:

Generatief ontwerp creëert duizenden mogelijke oplossingen voor een product - op basis van criteria en doelen die door de ontwerper zijn gesteld - en produceert geometrieën en vormen die normaal gesproken een mens dagen, zo niet maanden zouden kosten om handmatig te ontwikkelen... Dit proces zorgt ervoor dat de ontwerper of ingenieur het enige ontwerp kiezen dat voldoet aan de belangrijkste doelen van hun specifieke ontwerp.

Als het gaat om strategische, wetenschappelijk onderbouwde oplossingen, biedt generatief ontwerp meer overtuigende opties en:"Deze opties bevatten vaak onconventionele geometrieën die een menselijke ontwerper waarschijnlijk nooit zou bedenken - geometrieën die beter presteren dan hun meer conventionele tegenhangers."

Vanuit een operationeel perspectief staan ​​betere prototypes plus betere prestaties gelijk aan betere producten. Voor een ontwerper is generatief ontwerp de integratie van kunstmatige intelligentie in hun toolset; waardoor nieuwe methoden mogelijk zijn om de moeilijkste ontwerpdilemma's op te lossen en, nog belangrijker, een product sneller op de markt te brengen.

De menselijke factor ontmoet generatief ontwerp

Natuurlijk wordt vrijwel elke vermelding van kunstmatige intelligentie in productie- of andere industrieën automatisch beantwoord met de bezorgdheid dat robots mensen vervangen en dat processen zoals generatief ontwerp binnenkort de behoefte aan menselijk personeel zullen elimineren.

Toegegeven, generatief ontwerp zal naar verwachting het productielandschap in de komende tien jaar veranderen.

Volgens Bryce Heventhal, technisch marketingmanager voor Autodesk, Inc,

Let op het cruciale onderdeel van die zin:menselijke ingenieurs.

Sterker nog:"Er is één ding dat Heventhal wil benadrukken over generatief ontwerp:het is niet bedoeld om menselijke werknemers te vervangen. Integendeel, hij zegt dat kunstmatige intelligentie een waardevol mechanisme is om de capaciteiten van ingenieurs en ontwerpers om nieuwe ontwerpen te testen en ze op te nemen in de producten die ze bouwen, in orde van grootte uit te breiden."

Simpel gezegd:"Ze nemen nog steeds de beslissingen", zegt Heventhal. “We geven ze gewoon betere tools om die beslissingen te nemen. Het zal geen banen vervangen, het zal banen vergroten.”

Vanuit het oogpunt van de menselijke evolutie is dit vergelijkbaar met het volgen van de ontwikkeling van de vroege tot de moderne mens en het gebruik van rudimentaire hulpmiddelen en uiteindelijk geavanceerde toepassingen. Generatief ontwerp is slechts het laatste hoofdstuk van de mensheid die gebruikmaakt van technologie:

“Design thinking verdwijnt niet, het evolueert om te profiteren van moderne tools. Op dezelfde manier waarop een timmerman een boormachine gebruikt in plaats van een handboor, zullen de productontwerpers en ingenieurs van morgen langzaamaan de handmatige processen verlaten.”

Complexiteit balanceren met maakbaarheid

Een van de zorgen die voortkomen uit generatief ontworpen onderdelen is hun mate van complexiteit om te fabriceren. Het is niet ongebruikelijk om generatieve ontwerponderdelen te horen die worden beschreven als 'vreemd', 'organisch' of 'bizar'.

Gelukkig komt de esthetiek op de tweede plaats na functionaliteit; het introduceert echter een aantal complicaties voor het fabricageproces - met een groot aantal gebeeldhouwde oppervlakken kan het proces van het maken van een generatief ontwerponderdeel lang en inefficiënt zijn.

Gelukkig viel de geboorte van generatief ontwerp mooi samen met de vooruitgang in productieprocessen. Met name de ontwikkelingen in additive manufacturing in het afgelopen decennium hebben de mogelijkheden van 3D-printers versneld en tegelijkertijd de kosten verlaagd. Er zijn echter beperkingen, vooral wanneer hoge precisie vereist is. Hoewel dit blijft verbeteren op het gebied van additive manufacturing, is het momenteel voor veel prototypelabs buiten bereik vanwege de hoge aanloop- en onderhoudskosten.

In de wereld van de subtractieve productie is 5-assige CNC-bewerking meer wijdverbreid geworden, met een groter aantal merken die capabele apparatuur en meer software dan ooit bieden om de complexe gereedschapsbanen te helpen creëren die nodig zijn om een ​​generatief ontwerponderdeel te maken.

Maar zoals met alles zijn er ook nadelen.

Vanwege hun veeleisende besturing vereisen 5-assige machines een hoger niveau van vaardigheid van de operator en de programmeur. Om de investering in een 5-assige frees te beschermen, wordt bovendien vaak een tweede set software aanbevolen om het gereedschapspad te simuleren om op botsingen te inspecteren.

Bovendien kunnen 5-assige machines behoorlijk duur worden. Dit is inherent aan hun ontwerp - telkens wanneer een as in een freesmachine wordt geïntroduceerd, wordt meer werkgebied opgeofferd - en vervolgens kunnen zelfs 5-assige machines met kleine werkbereiken behoorlijk groot zijn. De situatie is dan niet ideaal wanneer een groot generatief ontwerponderdeel moet worden gefreesd - het is niet overdreven om te stellen dat de benodigde machine meer dan 7 cijfers kan kosten voordat gereedschapskosten worden gemaakt. Zelfs de tooling is in dit geval gespecialiseerd om de diepe, uitgebreide functies in het generatief ontworpen deel te kunnen bereiken.

Hoewel genoeg geld deze problemen kan oplossen, maken de meeste prototypelabs liever onderdelen met de gereedschappen die ze hebben, en de meeste hebben 3-assige freesmachines, niet 5. Gelukkig besteedde het team van Autodesk, fabrikanten van Fusion 360, aandacht aan dit raadsel.

Met productiebeperkingen kunnen gebruikers precies definiëren hoe ze hun eindproduct zullen produceren - of het nu met 3D-printen is of de exacte methode van CNC-bewerking die ze bij de hand hebben (2,5, 3, 4 of 5-assig CNC-frezen). Door deze gegevens vanaf het begin te introduceren, kunnen de programma-algoritmen vormen creëren die perfect samenwerken met hun machineconfiguratie. Met de toevoeging van deze mogelijkheid heeft Autodesk een manier gevonden om generatief ontwerp benaderbaar en praktisch te maken voor een zo breed mogelijk publiek.

Maak deel uit van de evolutie

Uiteindelijk is generatief ontwerp een opwindende ontwikkeling voor fabrikanten, om nog maar te zwijgen van een verscheidenheid aan verticale markten, en consumenten, omdat:"Het vermogen van AI en generatieve ontwerptools om innovatie en efficiëntie te stimuleren, zal hun adoptie in alle sectoren zien katapulteren. Zij worden de nieuwe medewerkers in het ontwerpproces, versterken de rol van ontwerper en ingenieur en creëren producten zoals we nog nooit eerder hebben gezien.”