Generativ design och 3d-printing är modeord som alla har stött på under de senaste åren. Inte konstigt, eftersom de har potential att omvandla vårt sätt att tillverka produkter och boosta innovation.
I den här artikeln får du lära dig:
- Vad generativ design är
- Hur generativ design fungerar
- Fördelar med generativ design
- Exempel på hur man använder generativ design
Vad är generativ design?
Generativ design är i huvudsak en iterativ designprocess som använder utsedd programvara. Med en mjukvara genererar du ett antal konstruktioner som uppfyller krav du kan ha på den del du vill tillverka. I programvaran matar du in parametrar, begränsningar, avsedda utdata, krav, material och tillverkningsmetoder, såsom 3d-printing.
För att skapa flera mönster utforskar programvaran alla möjliga lösningar och permutationer. Som ett resultat kan du skapa innovativa strukturer som är perfekt optimerade efter dina krav.
Men många människor missar ofta generativ design för topologioptimering. Även om de två begreppen är relaterade har de olika betydelser. Topologioptimering optimerar en set design för att tillfredsställa krav som styrka, vikt, kylning eller flöde. Generativ design handlar mer om att utforska flera alternativ och möjligheter. Med hjälp av generativ design kan du effektivt utvärdera en mängd designresultat.
Hur fungerar generativ design och 3d-printning?
När ingenjörer och konstruktörer arbetar med en kunds projekt måste de ta hänsyn till flera krav. Med en generativ designprocess behöver du inte börja om från början. Du berättar för din programvara vad du vill, ställer in dina mål och specificerar parametrarna. Det behövs ingen geometri i början.
Generativ designprogramvara ger dig hundratals designalternativ. Men den kommer också att kunna analysera designen på djupet och avgöra vilken som är mest effektiv. Du kan använda den här metoden för att utforska designalternativ för att få den bästa delen.
Programvara som tillåter generativa designalternativ använder molnberäkning och maskininlärning för att utforska nya lösningar. Programvaran testar och lär sig från alla iterationer vad som fungerar och vad som inte fungerar. Generativ design är tillgänglig som en del av vissa CAD-program på marknaden. Ett exempel är funktionen Topology Study i SOLIDWORKS Simulation. Med Topology Study börjar du med ett maximalt designutrymme och programvaran tar hänsyn till alla applicerade belastningar, fixturer och tillverkningsbegränsningar. Programvaran söker sedan en ny materiallayout och distribution, inom gränserna för den tillåtna geometrin.
Här är en mer djupgående artikel om SOLIDWORKS-simulering och topologioptimering
Det finns också TruForm SW, en integrerad simuleringslösning för SOLIDWORKS. Med TruForm SW får du en kraftfull metod för att minska massa- och materialkostnader, identifiera och lösa designproblem och optimera design för additiv tillverkning.
Ofta, men inte alltid, är det sista steget att tillverka med en 3d-skrivare. Beroende på komplexitet, material och egenskaper kan många delar som har skapats med generativ design endast produceras med 3d-printning. Du kan läsa mer om de olika 3d-printteknikerna här.
Vilka är fördelarna?
De största fördelarna kan sammanfattas i tre punkter:
Skapa designalternativ som är unika: Med generativ designprogramvara kan du skapa geometrier som är bortom vad folk kan föreställa sig, vilket ökar mänskliga produktdesignmöjligheter.
Uppnå lägre vikt för del eller montering: Ingenjörer kan använda generativ design för att bygga lätta delar med minsta mängd material samtidigt som de uppfyller tekniska begränsningar.
Konsolidera delar: Underenheter kan konsolideras till en enda del med generativ design. Att konsolidera delar förenklar montering och underhåll samtidigt som produktionskostnaderna sänks.
Exempel på generativ design och 3d-printning
Generativ design har ett brett utbud av tillämpningar, särskilt i mycket avancerade och tekniska projekt. Nedan finns några exempel på hur generativ design och additiv tillverkning kan hjälpa dig.
Volkswagens förnyade mikrobuss
Ett ingenjörsteam från Volkswagens Innovation and Engineering Center California (IECC) omarbetade och eftermonterade en klassisk VW Microbus från 1962 med banbrytande teknologier som elektrisk framdrivning och generativ bromsning, som förväntas spela en betydande roll i bilindustrins framtid.
Teamet koncentrerade sig på att öka styrkan och samtidigt minska vikten. Att hitta viktbesparingar där det är möjligt är en av de viktigaste komponenterna i att bygga elfordon, eftersom ju lättare en bil är, desto mindre energi krävs för att flytta den på vägen. Minskad energiförbrukning innebär större räckvidd per laddning, vilket är en av de viktigaste faktorerna för konsumenter när de ska välja elfordon. Genom att använda generativ design kunde teamet:
- Skapa nya hjul som är18 % lättare än en standarduppsättning
- Förnya ratten, yttre sidospeglar och stödstrukturen för sittdelen
- Minska den totala utvecklingstiden till tillverkningstid, förkorta 1,5-årscykeln till några månader
NuVasives optimerade implantat
Generativ design kan användas inom det medicinska området för att bygga implantat som efterliknar den porösa naturen hos mänskligt ben. Titanimplantat skapas av NuVasive, ett medicinskt företag baserat i USA, med deras patenterade designoptimeringsprogram och 3d-utskrift av metall. Endast additiv tillverkning tillåter asymmetriska, lätta mönster med galler, vilket är möjligt med programvaran.
Modulus är ett titanimplantat som har skräddarsytts för benfusion med lämplig porositet. I jämförelse med andra implantatmaterial hävdar verksamheten bättre tillväxt och inväxt. Den porösa ytans förbättrade ytarea och uppsugningsförmåga förbättrar interaktionen mellan blod och implantat.
Modulus etablerades för att försöka replikera benmodulen så nära som möjligt. Verksamheten åstadkom detta genom att utveckla algoritmer som skapar ett proprietärt ramverk som optimerar implantatets prestanda. Det är viktigt arbete som kan förbättra befintliga tekniker och procedurer. Samtidigt kan dessa strukturer och algoritmer patenteras och skyddas.
Lättviktscykeln Rocker av Robot Bike
USA-baserade Robot Bike Co kontaktade GRM Consulting för att använda deras SOLIDWORKS topologioptimeringsprogram, TruForm SW. De valde TruForm SW för att garantera att deras nya komponenter var så lätta och kostnadseffektiva som möjligt innan de byggde sin R130 mountainbike.
Den första komponenten som Robot Bike Co förbättrade var en rammonterad rocker som ger bättre fjädring. Robot Bike Co kunde sänka vippans massa med 27%. De kan också förbättra vridstyvheten och minska stressen med över 50 % med hjälp av programvaran TruForm SW.
Bidrar till hållbarhet
Användningen av generativ design eliminerar mentala hinder för mänsklig kreativitet. Det genererar former och geometrier som du kanske aldrig skulle tänka på. Det är också ett fantastiskt sätt att komma på nya designidéer. Metoden bidrar också till att använda mindre material och mindre energi.
Genom att möjliggöra tillverkning av lättviktsdelar kan industrier som bil- och flygindustrin göra fordon och flygplan mer bränsleeffektiva och därmed mer hållbara. Genom att optimera designen och sänka mängden material som krävs för att tillverka delen. Konsolidering glöms inte bort i generativ design. Att skaffa en robust del kommer utan tvekan att vara fördelaktigt, eftersom det kommer att spara totala underhålls- och produktionskostnader. På grund av den designflexibilitet som modern tillverkningsteknik erbjuder, kan hela sammansättningar ersättas med en enda del.
