Lo que necesita saber sobre el diseño generativo

Avances en diseño digital

Las herramientas de simulación y diseño digital han cambiado la forma en que trabajan los ingenieros y diseñadores. En las últimas décadas, estas herramientas se han vuelto más rápidas y ricas en funciones a medida que la potencia computacional se ha vuelto más barata y accesible. Grandes problemas que se ejecutaban en supercomputadoras o clústeres de alto rendimiento hace cinco o diez años ahora pueden ejecutarse en su computadora portátil.

Al mismo tiempo, los informáticos han creado algoritmos y esquemas de optimización, como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, que pueden procesar grandes conjuntos de datos y resolver problemas complejos con miles o millones de variables.

Cada vez más, las empresas de software de ingeniería están incorporando funciones de diseño generativo en paquetes CAD básicos u ofreciéndolas como un complemento simple. En otros casos, las herramientas de diseño generativo y optimización de topología están integradas en paquetes de simulación.

Los paquetes de simulación suelen ofrecer más opciones y controles que los complementos de CAD, pero también requieren un cierto nivel de experiencia que viene con la ejecución de paquetes de elementos finitos. Se han realizado mejoras significativas en estos programas, en los que los usuarios brindan comentarios para hacerlos mejores y más útiles.

¿Qué es el diseño generativo?

Si bien muchos ingenieros tienen acceso a herramientas de diseño generativo, no siempre saben qué es el diseño generativo o para qué usarlo. El diseño generativo combina tres disciplinas diferentes (diseño, simulación y optimización) para crear una simulación paramétrica supercargada que considera de miles a millones de grados de libertad.

En la práctica, un diseñador comienza con un espacio en blanco abierto y la computadora trabaja para completar el material solo donde se necesita. La computadora define el modelo óptimo (una de un conjunto de soluciones muy buenas) en lugar del modelo óptimo (el mejor absoluto) para su conjunto dado de entradas.

El diseño generativo no puede producir la mejor solución absoluta porque los esquemas de optimización no pueden brindar certeza sobre la calidad de un diseño en particular en comparación con todos los demás diseños posibles.

Beneficios del diseño generativo

Aunque el diseño generativo puede no producir el resultado óptimo, proporciona formas de trabajo nuevas y más eficientes. Antes de esta tecnología, tendría que seleccionar un par de parámetros y crear un diseño de experimentos (DOE) que probara el rendimiento de la pieza en esas variables. Este enfoque es poderoso, pero requiere mucho tiempo para preparar los modelos, extraer los resultados y llegar a una conclusión sobre la mejor solución.

Alternativamente, puede realizar pequeñas mejoras incrementales en un diseño existente para optimizar un conjunto de características; esto puede llevar menos tiempo, pero se basa en la suposición de que el diseño inicial ya está cerca del óptimo.

Aquí es donde brilla el diseño generativo. Produce un buen candidato de diseño para el ingeniero en una pequeña cantidad de tiempo. Esta ganancia de eficiencia se puede utilizar para trabajar más rápido o para probar el espacio de diseño y buscar soluciones fuera de los conceptos de ingeniería tradicionales.

Cuando observa una pieza de diseño generativo realmente buena, generalmente llama la atención por su forma abstracta que aún conserva elementos de diseño lógicos.

Limitaciones del diseño generativo

Es importante entender lo que el diseño generativo no puede hacer. El diseño generativo nunca reemplazará a los ingenieros de diseño. Los modelos de diseño resultantes son tan buenos como los esquemas de optimización, que están mejorando pero no son perfectos.

Por ejemplo, tome el caso de la fusión de lecho de polvo láser de metal (L-PBF) donde la necesidad de soportes puede hacer que una pieza sea difícil o incluso poco práctica de fabricar a escala.

La mayoría de los programas de diseño generativo no tienen en cuenta cómo se fabricará la pieza, por lo que los ingenieros aún deben utilizar los principios del diseño para la fabricación aditiva (DFAM) para ayudar a crear una pieza mejor que reduzca o elimine la necesidad de soportes, un proceso que requiere un análisis detallado. comprensión del proceso de fabricación. En un entorno de producto, estas consideraciones tienen implicaciones en el costo y el rendimiento de las piezas.

Implicaciones del diseño generativo

Dada la creciente popularidad del diseño generativo, ¿cómo se ve el futuro? En primer lugar, las herramientas de diseño generativo pueden ayudar a los ingenieros de diseño a llegar a la solución del 80 por ciento mucho más rápido. Más adelante, esta tecnología servirá aún mejor a los ingenieros, ya que es compatible con sistemas más complejos, como el impacto dinámico y las piezas en contacto.

Para cosechar estos beneficios, los ingenieros de diseño deberán desarrollar las habilidades para utilizar las herramientas de diseño digital de manera competente. Las líneas entre los ingenieros de diseño y análisis/simulación seguirán desdibujándose a medida que este tipo de herramientas estén más disponibles e impulsen los ciclos de desarrollo de productos.

Si está interesado en aprovechar el diseño generativo para su próximo proyecto, los expertos de Fast Radius pueden ayudarlo. Nuestros ingenieros son expertos en diseño digital, simulación y optimización, y estaremos encantados de analizar sus necesidades.

Comuníquese con nosotros para obtener más información y consulte nuestro centro de recursos para obtener información sobre las últimas tecnologías de fabricación.

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