Prototipado interno: Dominando el diseño generativo, fresado CNC y configuración de laboratorio

Cuando se le encarga llevar el prototipado internamente o construir su propio laboratorio de prototipado, puede encontrar una abrumadora riqueza de información para evaluar.

Desde capacidades hasta costos, requisitos de espacio y preocupaciones sobre ruido, vibración, residuos y 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 toman el centro del escenario, ofreciendo 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.

El génesis del diseño generativo

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

"La evolución ha, durante miles de millones de años, perfeccionado las especies animales y vegetales que pueblan el planeta, descartando diseños menos que óptimos a favor de aquellos que pueden sobrevivir y prosperar", escribe Rani Richardson para Industry Week.

En busca de un proceso similarmente perfeccionado, Richardson pregunta: "¿Y si el diseño evolutivo pudiera imitarse usando métodos basados en la ciencia? ¿Y si ese proceso pudiera acelerarse para completarse en minutos y segundos en lugar de años o eones?"

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

Al innovar el proceso de llevar el prototipo a la producción:

Esta nueva filosofía está ganando terreno, gracias a la Inteligencia Artificial y un proceso de diseño reimaginado. En su núcleo, el proceso de diseño "es típicamente una serie de refinamientos reductivos, mirando el brief de diseño en un alcance más amplio y reduciéndolo hasta que se encuentra la mejor solución posible".

La integración de la Inteligencia Artificial en el diseño generativo ha cambiado la forma en que se puede lograr el prototipado, permitiendo resultados más diversos de los que jamás se hubieran podido realizar.

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 está constantemente desafiada por la demanda del consumidor de mejores productos que puedan entregarse 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.

Entra la ventaja de la Inteligencia Artificial inherente al diseño generativo: "Pero, como muchas aplicaciones modernas de inteligencia artificial, la noción básica es esta: si agrupas suficiente potencia de cómputo, tu red es capaz de completar muchas iteraciones de tareas muy complejas muy rápidamente".

Para mantenerse competitivos y proteger su resultado final, cada vez más fabricantes dependen cada vez más del diseño generativo como una estrategia clave que permite "a ingenieros y diseñadores por igual abordar problemas de diseño de formas más innovadoras y eficientes. En última instancia, esto acorta el proceso de diseño y prototipado 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, incluyendo aeronáutica, automotriz y defensa.

Mientras que la industria de la fabricación proyecta aplicaciones adicionales para este pensamiento de diseño mejorado, "Hay numerosos ejemplos de dónde estas herramientas ya se están utilizando hoy, desde artículos domésticos como sillas, hasta el diseño industrial de chasis de coches y particiones de aviones".

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

Desde el punto de vista de 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 prototipado 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 más productos que sigan en forma de artículos deportivos, fundas de móvil y electrodomésticos".

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 volviendo al círculo completo".

¿Qué promete el diseño generativo para el prototipado interno?

El diseño generativo presenta más posibilidades para el prototipado de lo que los procesos tradicionales han podido proporcionar. Para empezar, el diseño generativo le da el poder de aumentar tanto la cantidad como la calidad de los prototipos que produce, basándose en especificaciones de diseño y necesidades del producto.

El potencial para mejores prototipos

En lugar de depender de una sola solución o prototipo, los fabricantes ahora pueden cosechar los beneficios de una mayor precisión de diseño para soluciones de clientes más fuertes:

El diseño generativo crea miles de posibles soluciones para un producto, basadas en criterios y objetivos establecidos por el diseñador, y produce geometrías y formas que normalmente tomarían a un humano días, si no meses, en desarrollar manualmente... Este proceso asegura que el diseñador o ingeniero está eligiendo el diseño que cumple 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 habría ideado, geometrías que funcionan mejor que sus contrapartes más convencionales".

Desde una perspectiva operativa, mejores prototipos más mejor rendimiento igual a mejores productos. Para un diseñador, el diseño generativo es la integración de la inteligencia artificial en su conjunto de herramientas; permitiendo así nuevos métodos para resolver los dilemas de diseño más difíciles y, lo más importante, acelerar un producto al mercado.

El factor humano se encuentra con el diseño generativo

Por supuesto, prácticamente cualquier mención de 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.

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

Según Bryce Heventhal, Gerente de Marketing Técnico de Autodesk, Inc,

Observe el componente crítico de esa oración: ingenieros humanos.

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

En términos simples, "Ellos siguen tomando las decisiones", dice Heventhal. "Solo les estamos dando mejores herramientas para tomar esas decisiones. No va a reemplazar empleos, va a aumentar empleos".

Desde una perspectiva de 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 se va, está evolucionando para aprovechar las herramientas modernas. De la misma manera que un carpintero usa un taladro eléctrico en lugar de uno manual, los diseñadores de productos e ingenieros del mañana abandonarán lentamente los procesos manuales".

Equilibrando complejidad con fabricabilidad

Una de las preocupaciones que surge de las piezas diseñadas generativamente es su nivel de complejidad para fabricar. No es raro escuchar piezas de diseño generativo descritas como "extraterrestres", "orgánicas" o "bizarras".

Afortunadamente, la estética queda en un lejano segundo lugar frente a la funcionalidad; sin embargo, introduce un nivel de complicaciones para el proceso de fabricación, con multitudes de superficies esculpidas, el proceso de crear una pieza de diseño generativo puede ser largo e ineficiente.

Afortunadamente, el nacimiento del diseño generativo coincidió bien con los avances en los procesos de fabricación. Notablemente, los avances en la fabricación aditiva durante la última década han acelerado las capacidades de las impresoras 3D, al mismo tiempo que reducen su costo. Sin embargo, hay limitaciones, más notablemente cuando se necesita 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 un mayor número de marcas ofreciendo equipos capaces y más software que nunca para ayudar a crear las trayectorias de herramienta complejas necesarias para crear una pieza de diseño generativo.

Sin embargo, como con cualquier cosa, hay inconvenientes.

Debido a sus controles exigentes, las máquinas de 5 ejes requieren un nivel más alto de habilidad 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 de la herramienta e inspeccionar colisiones.

Además, las máquinas de 5 ejes pueden volverse bastante costosas. Esto es inherente a su diseño: cada vez que se introduce un eje a una máquina de fresado, se sacrifica más área de trabajo; posteriormente, incluso las máquinas de 5 ejes con envolventes de trabajo pequeñas pueden ser bastante grandes. La situación no es ideal cuando una pieza grande de diseño generativo necesita ser fresada; no es exagerado afirmar que la máquina necesaria puede costar más de 7 cifras antes de los costos de herramientas. Incluso el utillaje es especializado 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 hacer 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, estaban prestando atención a este dilema.

Con 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 al inicio, los algoritmos del programa pueden crear formas que funcionen perfectamente con su configuración de 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 IA y diseño generativo para impulsar la innovación y las eficiencias verá su adopción catapultada a través de 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 hemos visto".