Diseño generativo y deposición continua de fibra 3D

Un resultado de este cambio de paradigma, señala, es que la forma y la funcionalidad están incluidas en la estructura. “El material es una parte de esto”, sostiene Moruzzi. "Material funcionado anteriormente para apoyar cualquier objetivo geométrico que el diseñador pretendiera. Pero con el diseño generativo, ahora agregamos en el proceso de fabricación y material en el diseño para que ahora ambos formen parte del análisis para una forma geométrica óptima ”.

Estructuras inteligentes

Cuando Autodesk comenzó a desarrollar el diseño generativo, Moruzzi dice que inició un viaje hacia la fabricación avanzada . “Nos centramos en la tecnología que puede incorporar materiales avanzados y materiales inteligentes para capturar todos los beneficios del diseño generativo ". Afirma que los compuestos reforzados con fibra se han combinado con materiales isotrópicos como el acero y el aluminio y ahora los están superando porque los compuestos pueden incrustar funcionalidad . “Pero no comprendemos completamente la complejidad de estos materiales, por lo que utilizamos criterios de falla que son restrictivos. El resultado es que forzamos los materiales compuestos en una forma. Pero para estar completamente optimizado, el material debe seguir tanto cargas estructurales como funcionales - como blindaje magnético, gradiente de temperatura, vibración, etc. ”

Autodesk trabajó con Airbus para crear el “ partición biónica ”para el A320 mediante diseño generativo e impresión 3D metálica. Una gran parte del trabajo de Autodesk se ha realizado en metales, pero Moruzzi ve el futuro en compuestos reforzados con fibra. FUENTE:Autodesk.

Moruzzi ve que los compuestos reforzados con fibra y el diseño generativo son simbióticos , ayudándose unos a otros a actualizarse y expandirse. “Hoy definimos la física y las propiedades del material del compuesto y luego usamos FEA para resolver el problema de diseño”, explica. "Pero esto es al revés . La naturaleza no crea el árbol y luego la madera." El diseño generativo coincide con el proceso de la naturaleza y, a su vez, permite compuestos a también. "Ahora el material y su ubicación puede ser impulsado por las cargas estructurales y la funcionalidad ”, dice Moruzzi. “Esto dará lugar a nuevos materiales funcionales y procesos de fabricación aumentados . ”

Sin embargo, Moruzzi afirma que, hasta ahora, no ha existido un proceso automatizado para colocar compuestos reforzados con fibra que podrían incrustar la función en la pieza fácilmente. Dice que esto ha diseñado la colocación automatizada de fibra (AFP) sistemas en el pasado, trabajando para Ingersoll a principios de la década de 2000 con empresas como Boeing, Lockheed y Lamborghini Lab en Seattle, WA. Sus proyectos con empresas como MX3D y Continuous Composites son parte de una estrategia para demostrar lo que es posible a los líderes de la industria y los OEM. “A través de estos proyectos, podemos llevar los beneficios de la anisotropía a un nivel diferente . No se trata solo de actualizar formas biónicas y biomiméticas. El objetivo es crear estructuras vivas con un sistema nervioso que puede sentir y comunicarse, el potencial real de los aviones, automóviles y edificios inteligentes. Estos no son posibles con los metales tradicionales ".

FUENTE:Continua Compuestos y Autodesk.

Los sensores impresos en el timón exhibidos por Continuous Composites en AutoDesk University 2017 recopilaron 5 Gigabytes de datos durante 2 días, rastreando cambios de temperatura, aceleración y estrés de los asistentes que tocaron la estructura. (Lea más en mi blog sobre compuestos continuos). MX3D también está imprimiendo estructuras con sensores integrados.

“Empecé a presentar una visión para los compuestos impresos en 3D porque no necesita herramientas, sintetiza la pieza ”, dice Moruzzi. "Los composites continuos pueden imprimir con fibras continuas, alambres y fibra óptica, para poder integrar un sistema neurológico en las estructuras . El material también se impregna sobre la marcha. Así que este tipo de fabricación coincide lo que el diseño generativo presenta como solución ”.

Livrea Yacht compita con el primer yate impreso en 3D del mundo en la regata Mini-Transat de 2019.
FUENTE:Autodesk

Moruzzi va más allá y explica que, en última instancia, este tipo de fabricación avanzada requiere un ecosistema que incluye una cadena de suministro de cómo se pueden fabricar estas estructuras inteligentes. “Livrea Yacht es una parte diferente de este ecosistema”, dice Moruzzi. Otra de las empresas con las que trabaja Moruzzi, Livrea Yacht, está construyendo el primer velero impreso en 3D del mundo, que competirá en la regata transatlántica en solitario Mini-Transat 2019. (Para obtener más detalles, lea el blog de Scott Francis sobre este proyecto). “Toda nueva tecnología y avance requiere inversión, por lo que es importante educar sobre por qué vale la pena esta inversión. También necesitas generar compromiso ". Señala que, tradicionalmente, los nuevos materiales y la fabricación han generado entusiasmo a través de los coches de carreras, los barcos de carreras y las naves espaciales. “Livrea es un barco de regatas que cruzará el Atlántico, tiene una forma de diseño generativo muy interesante que además consigue ligereza, y está fabricado mediante impresión 3D sin molde. Podemos usar esto como un canal poderoso para transmitir lo que viene con el diseño generativo ”.

El futuro de la fabricación

Afirma que hay otros proyectos , por ejemplo, en la industria de la construcción , que no puede discutir pero que ilustrará aún más el poder de lo que es posible. Sin embargo, Moruzzi proclama que el futuro de los materiales compuestos y el diseño generativo no es solo la impresión 3D . “Y tampoco creo que tengamos la máquina definitiva todavía”, añade. “El cliente no quiere un sistema o máquina CAD / CAM específicos. El cliente quiere una solución . ”

Moruzzi dice que cuando comenzó en los compuestos hace 15 años, miró a la industria de las telas y los textiles. “La estructura más avanzada es el textil en sí mismo porque agrega funcionalidad y desempeño estructural. Puede calentarte o enfriar, puede ser elástico o no, puede tomar forma o restringir, encoger o expandir. Puede programarlo de la forma que desee ". Ve que el diseño de las máquinas de tejer va a cambiar . “En este momento, está limitado por una tabla de consulta, por lo que solo estoy construyendo algunos conjuntos de diseños diferentes [tejidos]. Pero sincronizaremos el diseño generativo y lo que será el tejido estructural. Entonces, fabricación generativa no será solo impresión 3D. Las otras opciones serán procesos híbridos con inminente y tejido y agregar fibra discontinua . Entonces comenzaremos a utilizar materiales aún más sostenibles , incluidos los biomateriales y la seda de araña. Hay una enorme máquina híbrida movimiento que viene. Luego puede sintetizar su sueño presionando un botón ".

También hay un camino a seguir donde los sistemas colaboran para mejorar continuamente. "Con el enfoque de diseño generativo de calcular el espacio de diseño en lugar de dibujar un concepto de diseño único, cuando se cambia algo, no es otra iteración de FEA porque el espacio ya está completamente calculado", explica Moruzzi. El aprendizaje automático ya se está integrando en los sistemas de fabricación de compuestos. Esto permitirá lecciones aprendidas para ser retroalimentados en el software de diseño generativo para su aplicación a futuras iteraciones del diseño.

(Este concepto se discutió en mi blog sobre las líneas de producción que se están desarrollando para compuestos termoendurecibles en el proyecto ZAero y por Airborne, SABIC y Siemens para compuestos termoplásticos).

Divulgación completa, existen otras plataformas de diseño generativo por ahí. Dassault Systèmes realmente habló sobre el "diseño generativo funcional" en su columna de 2016 para CW , “Incremento de la adopción industrial de la fabricación aditiva de compuestos”.

También hay otras empresas que están avanzando en la impresión 3D con fibra continua y / o sensores, entre las que se incluyen:

• Anisoprint (Rusia)
• Arevo
• Fábrica de carbono en ETH Zurich
• MarkForged
• McNair Center, Universidad de Carolina del Sur
• compuestos moi
• Composites orbitales
• Universidad de Shanghai
• Universidad de Ciencias de Tokio y Universidad de Nihon
  http://www.jscm.gr.jp/3Dprinting/images/introduction_CFRP3Dprinter.pdf