Generativ design (generativ design) är en dator- och AI-driven designprocess som automatiskt skapar produkter baserade på användardefinierade krav och begränsningar. Eller, kort sagt, mjukvaran designar en del eller produkt baserat på produktattribut och designmål som föreslås av användaren. 3D-utskrift har tillräckligt med fördelar för att tillverka generativt utformade delar.
Ju fler variabler som läggs in i generativ designprogramvara, såsom avsedd användning, tillverkningsmetod, tillgängligt material etc., desto bättre kommer datordesignen att producera. Produkter designade med mjukvara har i allmänhet ett kurvlinjärt utseende och en struktur som liknar formen på en trädgren eller ett skelett. Generativ design har liknats vid den evolutionära trial-and-error-process som naturen går igenom för att komma fram till optimala strukturer, och i mycket snabbare takt. Att använda generativ design har många fördelar, som att spara material samtidigt som det säkerställer hög hållfasthet.
Till exempel, fästet nedan, fästet till höger är originaldesignen. Stativet till vänster är den del som är optimerad för att minska materialanvändningen samtidigt som den bibehåller samma styrka och överensstämmer med samma dimensioner. Den slutliga ställningen kan formsprutas, bearbetas eller 3D-printas. AI-genererade konstruktioner är ofta så komplexa att de bara kan tillverkas genom 3D-utskriftsmetoder.
Så kraftfull som den generativa designen är, kommer den inte att ersätta designers eller ingenjörer. Generativ designprogramvara är bara det verktyg de använder för att påskynda design och optimera delar. AI kan generera en mängd olika resultat, jämföra skillnaderna mellan olika resultat och hitta den optimala lösningen, vilket är svårt för designers att göra på kort tid.
Många mjukvaruprodukter har generativa designfunktioner som använder algoritmer för att översätta delkrav till produktgeometri och design. Men istället för att generera dussintals eller hundratals alternativ förbättrar de enskilda delar (vilket låter mycket som parametrisk design). De två koncepten liknar varandra, men den generativa designen förknippas ofta med flera alternativ för en design snarare än flera iterationer.
Generativ designprogramvara
Formoptimeringsalgoritmer, eller topologioptimering, har länge angripit ett av de mest grundläggande tekniska problemen: hur man gör tillräckligt starka delar med så lite material som möjligt. Dagens AI-generativa design går ett steg längre och erbjuder en uppsjö av alternativ. Viktigt är att ingenjörer inte längre begränsas av sin kompetensnivå, erfarenhet eller kreativitet. I slutet av en generativ designanalys har ingenjörer ett koncept som kan utforskas och förfinas ytterligare eller en färdig att tillverka designlösning som fullt ut uppfyller alla projektkrav på vikt, laster, material etc.
Generativ design är ett kreativt verktyg, och liksom många andra datorstödda processer behöver det en människa för att driva det. Därför är framgång relaterad till kvaliteten på den data som användaren anger. Här kan vi låna konceptet GIGO från datavetenskap ("skräp in, skräp ut"), fel indata ger felaktiga resultat. Medan generativa designverktyg tillåter nästan alla att bemästra komplexa konstruktioner, underskatta inte den skicklighet som krävs för att korrekt definiera de initiala förutsättningarna för den önskade delen. I allmänhet inkluderar den information som behövs för generativ designprogramvara för att lösa ett problem:
●Fysiska begränsningar för designutrymmet, inklusive varje gränssnitt för den nya delen i den större monteringen (som monteringshål) och det utrymme som den nya delen inte kan ta upp. Generativ design används ofta för att designa om delar för att ta mindre plats.
● Gränsförhållanden för krafter och laster, inklusive vilka områden som behöver förstärkas eller förenklas för att klara påfrestningar av rörelse eller drift.
● Kriterier eller målsättning, som att minimera massan eller kostnaden för en del, och definiera den säkerhetsfaktor som krävs för projektet.
●Uppnåbarhet av tillverkningsprocessen, detta är fördelen med 3D-utskriftstillverkning. 3D-utskrift i sig har extremt hög flexibilitet, vilket är mycket lämpligt för deltillverkning av generativ design.
● Tillverkningsmaterial. Om mer än ett material väljs kommer olika designlösningar att tillhandahållas för varje material för att uppfylla projektets krav.
Vilka är fördelarna med generativ design?
Nu när vi förstår vad generativ design faktiskt är och vad den kan göra, låt oss identifiera de praktiska fördelarna med att använda dessa verktyg i delvis tillverkning:
● Kreativitet. Den generativa designen tar bort alla kreativa begränsningar förknippade med traditionella designprocesser, och skapar de bästa okonventionella former och former som människor inte kan föreställa sig.
● Balansera prioriteringar. Den kan utforska lösningar baserade på de prestandaaspekter och tillverkningsmöjligheter som redan finns på en given plats.
● Minska analysen. Inbyggda test- och beräkningssimuleringar minskar all ytterligare kostsam virtuell datorstödd konstruktionsanalys (CAE).
●Minska arbetsbelastningen. Det befriar proffs från tråkiga trial-and-error-uppgifter och ökar produktiviteten genom att tillhandahålla hundratals möjliga designlösningar.
● Minska mänskliga fel. Genom att automatisera mycket av designprocessen minskar risken för att mänskliga fel införs i designen.
● Minska kostnaderna. Spara pengar genom att leverera högpresterande design med mindre materialanvändning och genom att minska utvecklingstiden och tiden till marknad.
●Delvis sammanslagna. Speciellt när man använder additiva tillverkningsprocesser kan ingenjörer utforska möjligheter att konsolidera delar och ersätta hela sammansättningar med en enda del. Detta kan ha en positiv ekonomisk inverkan på försörjningskedjor och underhållsprogram.
Algoritmer och estetik: Framtiden för generativ design
När Internet of Things och artificiell intelligens blir allt vanligare i våra dagliga liv, kan generativ design bli normen inom produktdesign. Denna teknik ger design som inte bara kommer att ha en positiv inverkan på industrin utan även på miljön, eftersom det behövs färre resurser för att producera vardagsprodukter. För närvarande är utvecklingen av generativ programvara också mycket snabb, inklusive Fusion 360, Creo Generative Design Extension, Ansys Discovery, nTopology, Dassault Systèmes CATIA Generative Design Engineering, etc. Du kan använda dessa denna programvara i kombination med 3D-utskriftsprocessen för att skapa dina egna generativa designdelar.