Diseño generativo, creación de prototipos y fresado CNC

Cuando se le encargue la creación de prototipos internamente o la construcción de su propio laboratorio de creación de prototipos, es posible que descubra que hay una gran cantidad de información para evaluar.

Desde las capacidades hasta los costos, los requisitos de espacio y las inquietudes sobre el ruido, la vibración, el desperdicio y la eficiencia energética, la capacidad de aislar y actuar sobre las necesidades específicas de su operación puede ser complicada.

Esto es especialmente cierto a medida que la fabricación evoluciona y nuevos procesos como el diseño generativo ocupan un lugar central, lo que ofrece aún más complejidades a considerar.

Modern Machine Shop informó recientemente que,

Aprendamos más sobre estos desarrollos de vanguardia y cómo el diseño generativo puede funcionar en perfecta armonía con el fresado CNC en su laboratorio de prototipos.

La génesis del diseño generativo

El diseño generativo está revolucionando la forma en que se ha hecho la fabricación desde un punto de vista tanto práctico como filosófico, con una perspectiva arraigada en la apreciación del mundo natural y la evolución, específicamente.

“Durante miles de millones de años, la evolución ha perfeccionado las especies animales y vegetales que pueblan el planeta, descartando diseños menos que óptimos en favor de aquellos que pueden sobrevivir y prosperar”, escribe Rani Richardson para Industry Week.

En la búsqueda de un proceso igualmente perfeccionado, Richardson pregunta:“¿Qué pasaría si el diseño evolutivo pudiera imitarse utilizando métodos basados ​​en la ciencia? ¿Y si ese proceso pudiera acelerarse para completarse en minutos y segundos en lugar de años o eones?”

Ingrese al diseño generativo, "que utiliza el aprendizaje automático para eludir el enfoque evolutivo y cortar directamente a la forma óptima".

Al innovar el proceso de llevar el prototipo a producción:

Esta nueva filosofía está cobrando fuerza gracias a la inteligencia artificial y a un proceso de diseño reinventado. En esencia, el proceso de diseño "es típicamente una serie de refinamientos reductivos, analizando el resumen de diseño en un ámbito más amplio y reduciéndolo hasta encontrar la mejor solución posible".

La integración de la inteligencia artificial en el diseño generativo ha cambiado la forma en que se puede lograr la creación de prototipos, lo que permite obtener resultados más diversos de los que se podrían haber obtenido antes.

Según Industry Week:

Teniendo en cuenta este impulso innegable, ¿dónde encaja el diseño generativo en su modelo de fabricación?

¿Qué significa el diseño generativo para los fabricantes?

La fabricación moderna se ve constantemente desafiada por la demanda de los consumidores de mejores productos que se puedan entregar al mercado más rápido que nunca. Esta necesidad de velocidad, combinada con la búsqueda incesante de productos cada vez mejores, puede resultar agotadora para el proceso de fabricación.

Ingrese la ventaja de la inteligencia artificial inherente al diseño generativo:“Pero, como muchas aplicaciones modernas de inteligencia artificial, la noción básica es esta:si reúne suficiente potencia de cómputo, su red es capaz de completar muchas iteraciones de tareas muy complejas muy rápidamente. ”

Para seguir siendo competitivos y proteger sus resultados, cada vez más fabricantes confían cada vez más en el diseño generativo como una estrategia clave que permite que “tanto los ingenieros como los diseñadores aborden los problemas de diseño de formas más innovadoras y eficientes. En última instancia, esto acorta el proceso de diseño y creación de prototipos y acelera el tiempo que tardan los productos innovadores en llegar al mercado”.

¿Qué genera realmente el diseño generativo?

Una mejor pregunta podría ser, ¿qué no genera?

El diseño generativo tiene implicaciones alentadoras para una variedad de verticales que incluyen la aeronáutica, la automoción y la defensa.

Si bien la industria manufacturera proyecta aplicaciones adicionales para este pensamiento de diseño mejorado, "hay numerosos ejemplos de dónde estas herramientas ya se están utilizando hoy en día, desde artículos para el hogar como sillas, hasta el diseño industrial de chasis de automóviles y particiones de aviones". /P>

Para las industrias aeroespacial y automotriz, “el diseño generativo ayuda a los ingenieros a lograr objetivos como minimizar el peso de las piezas, maximizar la rigidez, reducir costos y optimizar el uso de materiales. El uso del diseño generativo puede reducir el peso de la pieza desde hasta un 30 % con la fabricación tradicional hasta un 70 % con la fabricación aditiva”.

Desde el punto de vista de los bienes de consumo, ya estamos viendo una gama de productos altamente reconocibles disponibles en el mercado gracias al diseño generativo. Buenas noticias si su laboratorio de creación de prototipos atiende a clientes que fabrican estos productos.

¿Qué tipo de productos de consumo, específicamente?

“Bueno, los productos de consumo creados con diseño generativo ya están llegando a nuestros estantes en forma de zapatillas Adidas y boquillas de licuadora Vitamix, y deberíamos esperar que sigan más productos en forma de artículos deportivos, fundas para teléfonos móviles y electrodomésticos”. /P>

Pero eso es realmente la punta del iceberg:“Prácticamente no hay límites para lo que el diseño generativo puede crear. Con su base en los diseños de la naturaleza, el diseño generativo es casi una representación del diseño que cierra el círculo”.

¿Qué promete el diseño generativo para la creación de prototipos internos?

El diseño generativo presenta más posibilidades para la creación de prototipos que los procesos tradicionales que jamás hayan podido proporcionar. Para empezar, el diseño generativo le brinda el poder de aumentar tanto la cantidad como la calidad de los prototipos que produce, en función de las especificaciones de diseño y las necesidades del producto.

El potencial para mejores prototipos

En lugar de depender de una sola solución o prototipo, los fabricantes ahora pueden aprovechar los beneficios de una mayor precisión de diseño para soluciones de cliente más sólidas:

El diseño generativo crea miles de posibles soluciones para un producto, en función de los criterios y objetivos establecidos por el diseñador, y produce geometrías y formas que normalmente le llevaría a un ser humano días, si no meses, desarrollar manualmente... Este proceso garantiza que el diseñador o ingeniero escogiendo el diseño que cumpla con los objetivos más importantes de su diseño específico.

Cuando se trata de soluciones estratégicas respaldadas científicamente, el diseño generativo ofrece opciones más convincentes y, "Estas opciones a menudo incluyen geometrías no convencionales que un diseñador humano probablemente nunca encontraría, geometrías que funcionan mejor que sus contrapartes más convencionales".

Desde una perspectiva de operaciones, mejores prototipos más un mejor rendimiento equivalen a mejores productos. Para un diseñador, el diseño generativo es la integración de la inteligencia artificial en su conjunto de herramientas; por lo tanto, permite nuevos métodos para resolver los dilemas de diseño más difíciles y, lo que es más importante, acelerar la comercialización de un producto.

El factor humano se encuentra con el diseño generativo

Por supuesto, prácticamente cualquier mención de la inteligencia artificial en la fabricación u otras industrias se encuentra automáticamente con la preocupación de que los robots están reemplazando a los humanos y que procesos como el diseño generativo pronto eliminarán la necesidad de una fuerza laboral humana.

Por supuesto, se proyecta que el diseño generativo transformará el panorama de la fabricación en el transcurso de los próximos diez años.

Según Bryce Heventhal, director técnico de marketing de Autodesk, Inc,

Tenga en cuenta el componente crítico de esa oración:ingenieros humanos.

De hecho, “Hay una cosa que Heventhal quiere enfatizar sobre el diseño generativo:no pretende reemplazar a los trabajadores humanos. Más bien, dice que la inteligencia artificial es un mecanismo valioso para expandir, en órdenes de magnitud, las capacidades de los ingenieros y diseñadores para probar nuevos diseños e incorporarlos a los productos que construyen”.

En pocas palabras, "todavía están tomando las decisiones", dice Heventhal. “Simplemente les estamos dando mejores herramientas para tomar esas decisiones. No va a reemplazar puestos de trabajo, va a aumentar los puestos de trabajo”.

Desde el punto de vista de la evolución humana, esto es como rastrear el desarrollo del hombre primitivo al moderno y el uso de herramientas rudimentarias y eventuales aplicaciones avanzadas. El diseño generativo es solo el último capítulo de la humanidad aprovechando la tecnología:

“El pensamiento de diseño no va a desaparecer, está evolucionando para aprovechar las herramientas modernas. De la misma manera que un carpintero usa un taladro eléctrico en lugar de un taladro manual, los diseñadores e ingenieros de productos del mañana abandonarán lentamente los procesos manuales”.

Equilibrar la complejidad con la fabricación

Una de las preocupaciones que surgen de las piezas de diseño generativo es su nivel de complejidad para fabricar. No es raro escuchar piezas de diseño generativo descritas como "alienígenas", "orgánicas" o "extrañas".

Afortunadamente, la estética ocupa un distante segundo lugar después de la funcionalidad; sin embargo, presenta un nivel de complicaciones para el proceso de fabricación:con multitud de superficies esculpidas, el proceso de creación de una pieza de diseño generativo puede ser largo e ineficiente.

Afortunadamente, el nacimiento del diseño generativo coincidió muy bien con los avances en los procesos de fabricación. En particular, los avances en la fabricación aditiva durante la última década han acelerado las capacidades de las impresoras 3D y, al mismo tiempo, han reducido su costo. Sin embargo, existen limitaciones, sobre todo cuando se necesita una alta precisión. Si bien esto continúa mejorando en el ámbito de la fabricación aditiva, actualmente está fuera del alcance de muchos laboratorios de prototipos debido a los altos costos iniciales y de mantenimiento.

En el mundo de la fabricación sustractiva, el mecanizado CNC de 5 ejes se ha vuelto más generalizado, con una mayor cantidad de marcas que ofrecen equipos capaces y más software que nunca para ayudar a crear las trayectorias de herramientas complejas necesarias para crear una pieza de diseño generativo.

Sin embargo, como con todo, hay inconvenientes.

Debido a sus exigentes controles, las máquinas de 5 ejes requieren un mayor nivel de habilidad por parte del operador y el programador. Además, para proteger la inversión en una fresadora de 5 ejes, a menudo se recomienda un segundo conjunto de software para simular la trayectoria e inspeccionar colisiones.

Además de eso, las máquinas de 5 ejes pueden volverse bastante caras. Esto es inherente a su diseño:cada vez que se introduce un eje en una fresadora, se sacrifica más área de trabajo; posteriormente, incluso las máquinas de 5 ejes con áreas de trabajo pequeñas pueden ser bastante grandes. La situación no es ideal cuando se necesita fresar una gran pieza de diseño generativo; no es exagerado afirmar que la máquina necesaria puede costar más de 7 cifras antes de los costos de herramientas. Incluso las herramientas están especializadas en este caso para poder alcanzar las características profundas y elaboradas en la pieza de diseño generativo.

Si bien el dinero suficiente puede resolver estos problemas, la mayoría de los laboratorios de prototipos preferirían fabricar piezas con las herramientas que tienen, y la mayoría de ellos tienen fresadoras de 3 ejes, no de 5. Afortunadamente, el equipo de Autodesk, fabricantes de Fusion 360, estaba prestando atención a este enigma.

Con las restricciones de fabricación, los usuarios pueden definir exactamente cómo producirán su producto final, ya sea con impresión 3D o el método exacto de mecanizado CNC que tienen a mano (fresado CNC de 2,5, 3, 4 o 5 ejes). Al introducir estos datos desde el principio, los algoritmos del programa pueden crear formas que funcionan perfectamente con la configuración de su máquina. Con la adición de esta capacidad, Autodesk ha encontrado una manera de hacer que el diseño generativo sea accesible y práctico para la audiencia más amplia posible.

Sé parte de la evolución

En última instancia, el diseño generativo es un desarrollo emocionante para los fabricantes, sin mencionar una variedad de verticales y consumidores, ya que:“La capacidad de las herramientas de diseño generativo y la inteligencia artificial para impulsar la innovación y la eficiencia verá su adopción catapultarse en todas las industrias. Se convertirán en los nuevos colaboradores en el proceso de diseño, mejorando los roles del diseñador e ingeniero y creando productos como nunca antes habíamos visto”.