home Teknologi Manufaktur Peralatan Manufaktur
Manufaktur industri
Industri Internet of Things | bahan industri | Pemeliharaan dan Perbaikan Peralatan | Pemrograman industri |
home  MfgRobots >> Manufaktur industri >  >> Industrial materials >> Pembuluh darah

Desain generatif dan deposisi serat 3D berkelanjutan


Desain generatif mereplikasi pendekatan evolusi alam dengan menggabungkan kecerdasan buatan (AI) — khususnya algoritme pengoptimalan tingkat lanjut — dan komputasi awan untuk menyediakan ribuan solusi untuk satu masalah teknik. “Ini tidak lagi menulis , melainkan mendeskripsikan masalah desain dengan mengomunikasikan batasan ,” jelas Massimiliano (Max) Moruzzi dari kelompok Ilmu Komputasi Autodesk Research (dan penginjil manufaktur material canggih yang memproklamirkan diri). Berikut adalah beberapa proyek yang didukung Autodesk:

Resin MX3D ( atas) dan MX3D dalam logam
(TU Delft)

SUMBER:MX3D

Komposit Berkelanjutan, Autodesk dan Comau telah mencetak continuous fiber thermoset in-situ honeycomb dan komposit struktur bridging mandiri (misalnya, epoksi) SUMBER:Autodesk

“Desain generatif menawarkan jangkauan yang lebih luas pengoptimalan dan kemungkinan desain,” kata Moruzzi.

Alih-alih memulai dengan gambar atau geometri yang terbentuk sebelumnya, Anda mendefinisikan masalahnya Anda ingin memecahkan — beban, kendala spasial, bahan, metode manufaktur, kendala biaya. Perangkat lunak desain generatif kemudian menjelajahi semua dari kemungkinan permutasi , menghasilkan banyak alternatif design desain , pengujian dan pembelajaran dari setiap iterasi. Anda memilih desain yang paling sesuai dengan kebutuhan Anda.

Desain generatif adalah “generasi berikutnya dari CAD”. Moruzzi menjelaskan, “Menggunakan matematika tingkat tinggi dan serangkaian pengoptimal yang berbeda, kami telah menciptakan cara baru untuk mendefinisikan bentuk geometris berdasarkan sintesis numerik . Sistem CAD saat ini masih berupa drafting digital. Namun dengan desain generatif, kami telah mencapai kurang lebih seperti yang disarankan Leonardo Da Vinci:'masalah yang dibangun dengan baik memberikan solusi yang dioptimalkan '. Kami sekarang fokus pada menggambarkan solusi yang kami inginkan. Jadi ini adalah proses dan platform yang didorong oleh tujuan yang memungkinkan insinyur untuk mensintesiskan seluruh ruang desain .”

Salah satu akibat dari pergeseran paradigma ini, katanya, adalah bahwa bentuk dan fungsi termasuk dalam struktur. “Materinya adalah salah satu bagian dari ini,” Moruzzi berpendapat. “Materi difungsikan sebelumnya untuk mendukung tujuan geometris apa pun yang dituju oleh perancang. Namun dengan desain generatif, kami sekarang menambahkan proses manufaktur dan materi ke dalam desain sehingga keduanya sekarang akan menjadi bagian dari analisis untuk bentuk geometris yang optimal.”

Struktur cerdas

Saat Autodesk mulai mengembangkan desain generatif, Moruzzi mengatakan hal itu memicu perjalanan ke manufaktur canggih . “Kami berfokus pada teknologi yang dapat menggabungkan materi canggih dan material cerdas untuk menangkap manfaat penuh dari desain generatif.” Dia menegaskan bahwa komposit yang diperkuat serat telah menyamai bahan isotropik seperti baja dan aluminium dan sekarang melampaui mereka karena komposit dapat menyematkan fungsionalitas . “Tetapi kami tidak sepenuhnya memahami kompleksitas bahan-bahan ini, jadi kami menggunakan kriteria kegagalan yang membatasi. Hasilnya adalah kami memaksa material komposit menjadi sebuah bentuk. Tetapi untuk dioptimalkan sepenuhnya, materi harus mengikuti baik beban struktural dan fungsional — seperti pelindung magnet, gradien suhu, getaran, dll.”

Autodesk bekerja dengan Airbus untuk membuat “ partisi bionik” untuk A320 menggunakan desain generatif dan pencetakan 3D metalik. Sebagian besar pekerjaan Autodesk adalah di bidang logam, tetapi Moruzzi melihat masa depan dalam komposit yang diperkuat serat. SUMBER:Autodesk.


Moruzzi melihat bahwa komposit yang diperkuat serat dan desain generatif adalah simbiosis , saling membantu untuk mengaktualisasikan dan memperluas. “Hari ini kami mendefinisikan fisika dan sifat material komposit dan kemudian kami menggunakan FEA untuk memecahkan masalah desain,” jelasnya. “Tapi ini mundur . Alam tidak menciptakan pohon dan lalu kayu." Desain generatif cocok dengan proses alam, dan, pada gilirannya, memungkinkan komposit untuk juga. “Sekarang materi dan penempatannya dapat didorong oleh beban struktural dan fungsionalitas,” kata Moruzzi. “Ini akan menghasilkan bahan fungsional baru dan proses manufaktur yang ditingkatkan .”

Namun, Moruzzi menegaskan bahwa hingga saat ini, belum ada proses otomatis untuk menempatkan komposit yang diperkuat serat yang dapat menyematkan fungsi ke dalam bagian dengan mudah. Dia mengatakan ini memiliki penempatan serat otomatis yang dirancang (AFP) sistem di masa lalu, bekerja untuk Ingersoll di awal 2000-an dengan perusahaan seperti Boeing, Lockheed dan Lab Lamborghini di Seattle, WA. Proyeknya dengan perusahaan seperti MX3D dan Continuous Composites adalah bagian dari strategi untuk menunjukkan apa yang mungkin bagi para pemimpin industri dan OEM. “Melalui proyek ini, kami dapat mengambil manfaat anisotropi ke tingkat yang berbeda . Ini bukan hanya soal mengaktualisasikan bentuk bionik dan biomimetik. Tujuannya adalah untuk membuat struktur hidup dengan sistem saraf yang dapat merasakan dan berkomunikasi, potensi nyata dari pesawat, mobil, dan bangunan pintar. Hal ini tidak mungkin dilakukan dengan logam tradisional.”

SUMBER:Berkelanjutan Komposit dan Autodesk.

Sensor yang dicetak di kemudi yang dipamerkan oleh Continuous Composites di AutoDesk University 2017 mengumpulkan 5 Gigabytes data selama 2 hari, melacak perubahan suhu, akselerasi, dan stres dari peserta yang menyentuh struktur. (Baca lebih lanjut di blog saya tentang Komposit Berkelanjutan.) MX3D juga mencetak struktur dengan sensor tertanam.

“Saya mulai menyajikan visi untuk komposit cetak 3D karena Anda tidak memerlukan perkakas, Anda mensintesis bagian itu, ”kata Moruzzi. “Komposit Berkelanjutan dapat mencetak dengan serat kontinu, kabel dan serat optik, sehingga saya dapat menyematkan sistem saraf ke dalam struktur . Bahannya juga diresapi dengan cepat. Jadi jenis manufaktur cocok desain generatif apa yang dihadirkan sebagai solusi.”

Livrea Yacht akan balapan kapal pesiar cetak 3D pertama di dunia dalam balapan kapal pesiar Mini-Transat 2019.
SUMBER:Autodesk

Moruzzi bahkan melangkah lebih jauh, menjelaskan bahwa pada akhirnya, jenis manufaktur canggih ini membutuhkan ekosistem, yang mencakup rantai pasokan tentang bagaimana struktur pintar ini dapat diproduksi. “Livrea Yacht adalah bagian berbeda dari ekosistem ini,” kata Moruzzi. Salah satu perusahaan lain yang bekerja sama dengan Moruzzi, Livrea Yacht sedang membangun perahu layar cetak 3D pertama di dunia, yang akan bersaing dalam perlombaan kapal pesiar transatlantik solo Mini-Transat 2019. (Untuk lebih jelasnya baca blog Scott Francis di proyek ini). “Semua teknologi dan kemajuan baru membutuhkan investasi, jadi penting untuk mendidik tentang mengapa investasi ini bermanfaat. Anda juga perlu menciptakan pertunangan.” Dia mencatat bahwa, secara tradisional, bahan dan manufaktur baru telah menghasilkan kegembiraan melalui mobil balap, kapal balap, dan pesawat ruang angkasa. “Livrea adalah kapal balap yang akan melintasi Atlantik, memiliki bentuk desain generatif yang sangat menarik yang juga ringan, dan dibuat menggunakan pencetakan 3D tanpa cetakan. Kami dapat menggunakan ini sebagai saluran yang kuat untuk menyiarkan apa yang akan datang dengan desain generatif.”

Masa Depan Manufaktur

Dia mengklaim ada proyek lain , misalnya di industri konstruksi , yang tidak bisa dia diskusikan tetapi yang selanjutnya akan menggambarkan kekuatan dari apa yang mungkin. Namun, Moruzzi menyatakan masa depan komposit dan desain generatif bukan hanya pencetakan 3D . “Dan saya rasa kami juga belum memiliki mesin terakhir,” tambahnya. “Pelanggan tidak menginginkan sistem atau mesin CAD/CAM tertentu. Pelanggan menginginkan solusi .”

Moruzzi mengatakan bahwa ketika dia memulai komposit 15 tahun yang lalu, dia melihat industri kain dan tekstil. “Struktur paling canggih adalah tekstil itu sendiri karena menambah fungsionalitas serta kinerja struktural. Itu bisa membuat Anda panas atau dingin, bisa elastis atau tidak, bisa berbentuk atau membatasi, menyusut atau mengembang. Anda dapat memprogramnya dengan cara apa pun yang Anda inginkan.” Dia melihat bahwa desain mesin tenun akan berubah . “Saat ini dibatasi oleh look-up table, jadi saya hanya membuat beberapa set desain [tenun] yang berbeda. Tapi kami akan menyinkronkan desain generatif dan seperti apa tekstil strukturalnya. Jadi manufaktur generatif tidak hanya akan menjadi pencetakan 3D. Opsi lainnya adalah proses hibrida dengan menjulang dan merajut dan menambahkan serat terputus . Kemudian kami akan mulai menggunakan bahan yang lebih berkelanjutan , termasuk biomaterial dan sutra laba-laba. Ada mesin hybrid besar gerakan datang. Anda kemudian dapat menyatukan impian Anda dengan menekan sebuah tombol.”

Ada juga jalan ke depan di mana sistem berkolaborasi untuk terus meningkatkan. “Dengan pendekatan desain generatif untuk menghitung ruang desain alih-alih menggambar konsep desain tunggal, ketika Anda mengubah apa pun, itu bukan iterasi FEA lain karena ruang sudah sepenuhnya dihitung,” jelas Moruzzi. Pembelajaran mesin sudah diintegrasikan ke dalam sistem manufaktur komposit. Ini akan mengaktifkan pelajaran yang didapat untuk dimasukkan kembali ke dalam perangkat lunak desain generatif untuk aplikasi ke iterasi desain di masa mendatang.

(Konsep ini dibahas di blog saya tentang jalur produksi yang sedang dikembangkan untuk komposit termoset dalam proyek ZAero dan oleh Airborne, SABIC, dan Siemens untuk komposit termoplastik.)

Pengungkapan penuh, ada platform desain generatif lain di luar sana. Dassault Systèmes sebenarnya membahas “Desain Generatif Fungsional” di kolom 2016 untuk CW , “Meningkatkan adopsi industri pembuatan aditif komposit”.

Ada juga perusahaan lain yang memajukan pencetakan 3D dengan serat dan/atau sensor berkelanjutan termasuk:


Pembuluh darah

  • Logam
  • Pembuluh darah
  • serat
  • bahan komposit
  • bahan nano
  • Bahan Polimer
  • Biologis
  • Pewarna
  • rempah-rempah
    1. Desain Produk Medis:Kiat dan Trik
    2. Desain Generatif dan Pencetakan 3D:Manufaktur Masa Depan
    3. Wawancara Pakar:Robert Yancey dari Autodesk tentang Manufaktur Aditif, Desain Generatif, dan Industri 4.0
    4. C# Kata Kunci dan Pengidentifikasi
    5. C Kata Kunci dan Pengidentifikasi
    6. Kata Kunci dan Pengidentifikasi Python
    7. Continuous Fiber Manufacturing mengaburkan batas antara pencetakan 3D dan AFP
    8. Covestro meluncurkan termoplastik serat kontinu Maezio
    9. Continuous Fiber Manufacturing (CFM) dengan komposit moi
    10. Komposit pencetakan 3D dengan serat kontinu