O design generativo na manufatura oferece uma nova maneira de projetar objetos que economizará tempo, despesas e recursos.
- O design generativo é uma tecnologia de aprendizado de máquina que pode gerar várias soluções com base em parâmetros de entrada.
- Embora o design generativo seja famoso por suas formas orgânicas e únicas, seu verdadeiro superpoder é reter a força em um objeto enquanto reduz os materiais necessários.
- Aplicações do mundo real incluem robótica avançada, componentes aeroespaciais, componentes automotivos e redução de peso, estruturas de detalhamento arquitetônico, produtos personalizados e melhorias de pós-venda.
O design generativo é uma tecnologia que avalia rapidamente inúmeros designs em relação aos critérios do projeto, descarta designs abaixo do ideal e destaca os melhores, acelerando o processo.
É uma tecnologia de aprendizado de máquina que entende os requisitos de engenharia de entrada e sugere melhores ideias de acordo com esses parâmetros. O sistema pode produzir muitas iterações que atendem a esses critérios aplicando restrições de massa, resistência, flexibilidade ou outras métricas de desempenho ao algoritmo de design generativo.
Ele é particularmente valioso no design e fabricação para ajudar a idealizar ou girar de forma mais rápida e econômica. Também é uma nova maneira de automatizar a fabricação na indústria.
Usando o design generativo na manufatura
Métodos e equipamentos como fundição, moldes de injeção, tornos e dispositivos CNC são fundamentais na fabricação. Em certa medida, esses processos têm influenciado os designs de ferramentas e produtos atuais devido às suas restrições físicas.
O design generativo oferece aos fabricantes outra ferramenta para explorar o design de produtos e peças. E pode desbloquear potencial e capacidades inigualáveis quando combinado com outras tecnologias como manufatura aditiva, usinagem multieixo e moldagem por injeção.
Com a manufatura aditiva, é possível prototipar produtos rapidamente utilizando materiais de teste e aperfeiçoar o design antes de transferi-lo para um ambiente de produção real.
Quando se trata de moldagem por injeção ou fundição, encontrar um equilíbrio de massa e resistência é geralmente fundamental para selecionar os metais e ligas para peças e estruturas de produção final.
O design generativo é famoso por imitar formas orgânicas e esqueléticas, mas além disso, essas formas revelam a estratégia de design inteligente para manter a resistência em um objeto enquanto reduz os materiais necessários. E se você estiver fabricando materiais fundidos como metais em escala industrial, a economia de custos é grande. Quando combinado com técnicas aditivas e métodos de fabricação tradicionais, o design generativo pode sugerir objetos maiores e mais complexos que antes.
A fabricação tradicional geralmente envolve a montagem de várias peças, o que pode comprometer a resistência. Em contrapartida, o design generativo otimiza estruturas usando menos material, e pode analisar materiais alternativos para desempenho aprimorado.
Os benefícios do design generativo
O design generativo é econômico, mas também ajuda você a trabalhar melhor, beneficiando o design e a fabricação de maneiras que podem ser óbvias ou surpreendentes. Usar o design generativo pode:
Reduzir custos
Considere uma peça simples de metal ou plástico. O design generativo pode ajudar a projetar essa peça usando menos material à medida que ela passa pelo processo de fabricação CNC ou fundição, mantendo a integridade estrutural e a resistência.
Em um mundo onde tempo é dinheiro, prototipar o melhor design mais rápido combinando design generativo e manufatura aditiva pode significar ainda mais economia de custos.
Quando você o combina com a nova geração de robôs de fabricação mais inteligentes, rápidos e responsivos, o design generativo também oferece economia potencial durante o estágio de produção. Especificamente, o design generativo teve um impacto inicial na otimização dos efetores finais do robô — um dispositivo na extremidade de um braço robótico que interage com o ambiente, como uma fresa ou uma pistola de pintura — para que as células robóticas possam transportar uma carga útil mais eficiente.
Aumento de desempenho
Ao invés de apenas remover o excesso, o material existente pode ser reordenado ou remontado em uma nova forma, ou um material diferente pode ser usado, para fazer com que o mesmo objeto tenha um desempenho melhor, mantendo sua forma ou tamanho essenciais.
Inove melhor e mais rápido
O design generativo não substitui designers humanos, mas os ajuda. Como um estagiário altamente qualificado, ele faz sugestões que podem levar os designs por novos caminhos, chegando a maneiras diferentes de execução no projeto.
Consolidar peças
Com o design generativo, você pode misturar vários componentes em peças únicas, reduzindo os custos de montagem, melhorando a eficiência e simplificando sua cadeia de suprimentos.
Ajude o meio ambiente
Combinar o design generativo com a manufatura aditiva pode reduzir o desperdício durante a produção, melhorar a eficiência energética reduzindo a carga de trabalho em dispositivos de manufatura e resultar em produtos com melhor desempenho usando menos materiais (ou materiais mais sustentáveis). A manufatura sustentável está incorporada ao DNA da tecnologia de design generativo, promovendo conceitos como manufatura verde e economia circular.
Design generativo no mundo real
O design generativo está transformando diferentes setores de fabricação, com empresas usando ele em programas piloto ou até reconstruindo modelos de negócios inteiros.
Estruturas de assentos mais leves na Toyota
A indústria automotiva tem um ambiente perfeito de desafios de design opostos. Os carros precisam ser resistentes, mas leves, rígidos, mas que absorvam impactos, e sustentáveis, apesar de funcionarem com materiais poluentes.
Como os automóveis são tão complexos e têm inúmeras peças móveis, eles apresentam uma oportunidade única de se beneficiar do design generativo.
Você não imaginaria que um design de estrutura de assento pode ser alterado significativamente — eles exigem força para suportar um humano adulto. No entanto, os assentos se tornaram maiores, mais pesados e mais complexos à medida que os modelos mais novos adicionam controles eletrônicos, aquecimento e outros recursos.
A Toyota Japão decidiu usar o design generativo para tornar a estrutura do assento mais fina para liberar mais espaço na cabine. O resultado foi tão positivo que provou ser um roteiro para a empresa também repensar outros componentes.
Estética e tecnologia no design de móveis
O famoso designer industrial e arquitetônico francês Philippe Starck colaborou com a Autodesk e a fabricante italiana de móveis e acessórios domésticos Kartell para criar uma cadeira atraente, chamada A.I, usando inteligência artificial e design generativo.
Starck descreveu os parâmetros estéticos; especialistas em software estabeleceram restrições que atendiam aos requisitos da Kartell para o processo de fabricação de moldagem por injeção; e o algoritmo de design generativo executou uma série de designs que Starck e a equipe então refinaram para aproximar mais de sua visão.
Prevenção de lesões esportivas catastróficas
Para prevenir lesões na coluna, engenheiros e designers da fabricante austríaca de equipamentos de segurança esportiva Edera Safety criaram um suporte especializado usando design generativo que se move com o corpo em ambientes esportivos de ritmo acelerado e alto impacto
O processo foi complicado pelo fato de que as variáveis no movimento do corpo humano são muito numerosas e o alcance da operação muito complexo — e ocasionalmente conflitante. Até que um modelo de teste fosse testado em campo, era impossível saber quanta força, rotação ou interrupção eles estavam lidando.
Foi somente pegando o comportamento e os parâmetros de protótipos do suporte e alimentando-os de volta em algoritmos de design generativos que a Edera chegou ao produto perfeito.
Aperfeiçoando uma lenda da motocicleta
Há uma pequena classe de entusiastas de motocicletas que experimentam e melhoram o desempenho de modelos de algumas das marcas mais icônicas do mundo. Mas o que eles precisam geralmente é tão personalizado e atende a um mercado tão pequeno que essas marcas — com seus processos de produção de linha de montagem de nível global e altamente rígidos — não conseguem acomodá-los a todos.
Entre na loja canadense MJK Performance, uma fabricante de peças personalizadas para motocicletas que atende a uma base de clientes estreita, mas fiel, dedicada a modificações de reposição da Harley-Davidson.
Criar peças de reposição para melhorar o desempenho foi mais desafiador do que a equipe da MJK previu — até que eles deixaram o design generativo trabalhar junto com eles.
Depois de dar ao sistema os requisitos que produziram uma gama de opções, levou menos de meia hora para ajustar os modelos digitais para aderir à estética distinta da Harley-Davidson.
O futuro da manufatura
O design generativo está se tornando mais difundido e bem-sucedido graças a uma abordagem sincronizada.
A pesquisa de aprendizado de máquina e os métodos de treinamento estão avançando. Os primeiros a adotar estão testando os resultados em aplicativos do mundo real, produzindo dados de sistemas como a Internet Industrial das Coisas (IIoT) que são realimentados na pesquisa para expandir ainda mais o poder da tecnologia.
É um exemplo de como a automação estimula novas disciplinas e habilidades para uma nova classe de empregos em vez de substituir a equipe de fabricação.
Além de melhorar o design generativo, a tecnologia está acelerando a Indústria 4.0, onde designers e engenheiros interagirão cada vez mais com o software.
A ciência dos materiais também avançará. Por exemplo, a dinâmica dos fluidos é notoriamente difícil de modelar computacionalmente. No entanto, laboratórios de pesquisa estão alimentando dados em algoritmos de design generativo que podem simular melhor o comportamento dos fluidos, ajudando engenheiros e designers a criar componentes mais eficientes para ambientes líquidos ou gasosos.
Um dos impactos mais importantes do design generativo é tornar a fabricação mais suave para o planeta. Um estudo sobre as indústrias automotiva, aeroespacial e de artigos esportivos descobriu que o design generativo reduziu a massa do material pela metade.
O design generativo também diminuirá a barreira de entrada para pequenos fabricantes artesanais e incentivará a inovação, elevando a arte e a ciência da fabricação para a indústria como um todo e melhorando a maneira como as coisas são feitas.
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Artigo originalmente traduzido de: https://www.autodesk.com/design-make/articles/generative-design-in-manufacturing https://www.autodesk.com/design-make/articles/generative-design-in-manufacturing