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Design generativo, prototipagem e fresamento CNC

Quando for encarregado de trazer a prototipagem internamente ou construir seu próprio laboratório de prototipagem, você pode descobrir que há uma enorme riqueza de informações para avaliar.


De recursos a custos, requisitos de espaço e preocupações com ruído, vibração, desperdício e eficiência energética, a capacidade de isolar e agir de acordo com as necessidades específicas de sua operação pode ser complicada.

Isso é especialmente verdadeiro à medida que a fabricação evolui e novos processos, como o design generativo, assumem o centro do palco, oferecendo ainda mais complexidades a serem consideradas.

A Modern Machine Shop informou recentemente que,

Vamos aprender mais sobre esses desenvolvimentos de ponta e como o design generativo pode funcionar em perfeita harmonia com a fresagem CNC em seu laboratório de protótipos.

A gênese do design generativo


O design generativo está revolucionando a forma como a fabricação tem sido feita do ponto de vista prático e filosófico – com uma perspectiva enraizada na apreciação do mundo natural e da evolução, especificamente.

“A evolução, ao longo de bilhões de anos, aperfeiçoou as espécies animais e vegetais que povoam o planeta, descartando projetos menos do que ideais em favor daqueles que podem sobreviver e prosperar”, escreve Rani Richardson para a Industry Week.

Em busca de um processo similarmente aperfeiçoado, Richardson pergunta:“E se o design evolucionário pudesse ser imitado usando métodos baseados na ciência? E se esse processo pudesse ser acelerado para ser concluído em minutos e segundos, em vez de anos ou eras?”

Entre no design generativo, “que usa aprendizado de máquina para contornar a abordagem evolucionária e cortar diretamente para a forma ideal”.

Ao inovar o processo de levar o protótipo à produção:

Essa nova filosofia está ganhando força, graças à Inteligência Artificial e a um processo de design reimaginado. Em sua essência, o processo de design “normalmente é uma série de refinamentos redutivos, analisando o resumo do projeto em um escopo mais amplo e restringindo-o até que a melhor solução possível seja encontrada”.

A integração da Inteligência Artificial no design generativo mudou a forma como a prototipagem pode ser realizada – permitindo resultados mais diversos do que jamais poderiam ter sido realizados antes.

De acordo com a Semana da Indústria:

Levando em conta esse impulso inegável, onde o design generativo se encaixa em seu modelo de fabricação?

O que o design generativo significa para os fabricantes?


A fabricação moderna é constantemente desafiada pela demanda do consumidor por produtos melhores que podem ser entregues ao mercado mais rápido do que nunca. Essa necessidade de velocidade, combinada com a busca incansável por produtos cada vez melhores, pode ser desgastante para o processo de fabricação.

Entre na vantagem da Inteligência Artificial inerente ao design generativo:“Mas, como muitas aplicações modernas de inteligência artificial, a noção básica é esta:se você reunir potência de computação suficiente, sua rede é capaz de concluir muitas iterações de tarefas muito complexas muito rapidamente. ”

Para se manterem competitivos e protegerem seus resultados, cada vez mais fabricantes confiam cada vez mais no design generativo como uma estratégia-chave que permite que “engenheiros e designers abordem os problemas de design de maneiras mais inovadoras e eficientes. Em última análise, isso reduz o processo de design e prototipagem e acelera o tempo que leva para produtos inovadores chegarem ao mercado.”

O que o design generativo realmente gera?


Uma pergunta melhor poderia ser, o que não gera?

O design generativo tem implicações encorajadoras para uma variedade de verticais, incluindo aeronáutica, automotiva e de defesa.

Enquanto a indústria manufatureira projeta aplicações adicionais para esse pensamento de design aprimorado, “há vários exemplos de onde essas ferramentas já estão sendo usadas hoje, desde itens domésticos, como cadeiras, até o design industrial de chassis de carros e divisórias de aviões”.

Para as indústrias aeroespacial e automotiva, “o design generativo ajuda os engenheiros a atingir objetivos como minimizar o peso das peças, maximizar a rigidez, reduzir custos e otimizar o uso de materiais. O uso do design generativo pode reduzir o peso da peça de até 30% usando a fabricação tradicional para 70% usando a fabricação aditiva.”

Do ponto de vista dos bens de consumo, já estamos vendo uma gama de produtos altamente reconhecíveis disponibilizados no mercado pelo design generativo. Boas notícias se o seu laboratório de prototipagem atende a clientes que fabricam esses produtos.

Que tipos de produtos de consumo, especificamente?

“Bem, os produtos de consumo criados com design generativo já estão chegando às nossas prateleiras na forma de tênis Adidas e bicos liquidificador Vitamix, e devemos esperar mais produtos na forma de artigos esportivos, capas de celular e eletrodomésticos.”

Mas essa é realmente a ponta do iceberg:“Praticamente não há limites para o que o design generativo pode criar. Com sua base nos designs da natureza, o design generativo é quase uma representação do design em um círculo completo”.

O que o design generativo promete para a prototipagem interna?


O design generativo apresenta mais possibilidades de prototipagem do que os processos tradicionais jamais foram capazes de fornecer. Para começar, o design generativo dá a você o poder de aumentar a quantidade e a qualidade dos protótipos que você produz, com base nas especificações do design e nas necessidades do produto.

O potencial para protótipos melhores


Em vez de depender de uma única solução ou protótipo, os fabricantes agora podem colher os benefícios de uma maior precisão de projeto para soluções mais fortes para os clientes:

O design generativo cria milhares de soluções possíveis para um produto – com base em critérios e objetivos definidos pelo designer – e produz geometrias e formas que normalmente levariam dias, se não meses, para serem desenvolvidas manualmente… Esse processo garante que o designer ou engenheiro esteja escolhendo o design que atende aos objetivos mais importantes de seu design específico.

Quando se trata de soluções estratégicas e cientificamente apoiadas, o design generativo oferece opções mais atraentes e, “Essas opções geralmente incluem geometrias não convencionais que um designer humano provavelmente nunca criaria – geometrias com desempenho melhor do que suas contrapartes mais convencionais”.

Do ponto de vista das operações, melhores protótipos e melhor desempenho equivalem a melhores produtos. Para um designer, o design generativo é a integração da inteligência artificial em seu conjunto de ferramentas; assim, permitindo novos métodos para resolver os mais difíceis dilemas de design e, mais importante, agilizar um produto para o mercado.

O fator humano encontra o design generativo


É claro que praticamente qualquer menção à Inteligência Artificial na manufatura ou em outras indústrias é automaticamente recebida com a preocupação de que os robôs estejam substituindo os humanos e que processos como o design generativo em breve eliminarão a necessidade de uma força de trabalho humana.

Concedido, o design generativo é projetado para transformar o cenário de fabricação ao longo dos próximos dez anos.

De acordo com Bryce Heventhal, gerente de marketing técnico da Autodesk, Inc,

Observe o componente crítico dessa frase:engenheiros humanos.

Na verdade, “Há uma coisa que Heventhal quer enfatizar sobre o design generativo – ele não se destina a substituir trabalhadores humanos. Em vez disso, ele diz que a inteligência artificial é um mecanismo valioso para expandir, por ordens de magnitude, as capacidades de engenheiros e designers para testar novos projetos e incorporá-los aos produtos que eles constroem”.

Simplificando:“Eles ainda estão tomando as decisões”, diz Heventhal. “Estamos apenas dando a eles ferramentas melhores para tomar essas decisões. Não vai substituir empregos, vai aumentar empregos.”

Do ponto de vista da evolução humana, é como traçar o desenvolvimento do homem primitivo até o moderno e o uso de ferramentas rudimentares e eventuais aplicações avançadas. O design generativo é apenas o capítulo mais recente da tecnologia de alavancagem da humanidade:

“O design thinking não está desaparecendo, está evoluindo para aproveitar as ferramentas modernas. Da mesma forma que um carpinteiro usa uma furadeira elétrica em vez de uma furadeira manual, os designers de produtos e engenheiros de amanhã abandonarão lentamente os processos manuais.”

Balancear complexidade com capacidade de fabricação


Uma das preocupações que vem de peças projetadas de forma generativa é seu nível de complexidade para fabricar. Não é incomum ouvir partes de design generativo descritas como “alienígenas”, “orgânicas” ou “bizarras”.

Felizmente, a estética vem em um segundo distante da funcionalidade; no entanto, apresenta um nível de complicações para o processo de fabricação – com inúmeras superfícies esculpidas, o processo de criação de uma peça de design generativa pode ser demorado e ineficiente.

Felizmente, o nascimento do design generativo coincidiu muito bem com os avanços nos processos de fabricação. Mais notavelmente, os avanços na fabricação aditiva na última década aceleraram os recursos das impressoras 3D, ao mesmo tempo em que reduziram seus custos. No entanto, existem limitações – principalmente quando é necessária alta precisão. Embora isso continue melhorando no campo da manufatura aditiva, atualmente está fora do alcance de muitos laboratórios de protótipos devido aos altos custos iniciais e de manutenção.

No mundo da manufatura subtrativa, a usinagem CNC de 5 eixos tornou-se mais difundida, com um número maior de marcas oferecendo equipamentos capazes e mais software do que nunca para ajudar a criar os caminhos de ferramentas complexos necessários para criar uma peça de design generativa.

No entanto, como com qualquer coisa, existem desvantagens.

Devido aos seus controles exigentes, as máquinas de 5 eixos exigem um nível mais alto de habilidade do operador e do programador. Além disso, para proteger o investimento em uma fresadora de 5 eixos, um segundo conjunto de software é frequentemente recomendado para simular o caminho da ferramenta para inspecionar colisões.

Além disso, as máquinas de 5 eixos podem se tornar bastante caras. Isso é inerente ao seu projeto – sempre que um eixo é introduzido em uma fresadora, mais área de trabalho é sacrificada – posteriormente, mesmo máquinas de 5 eixos com pequenos envelopes de trabalho podem ser bastante grandes. A situação não é ideal quando uma grande peça de design generativo precisa ser fresada – não é exagero afirmar que a máquina necessária pode custar mais de 7 dígitos antes dos custos de ferramental. Até mesmo o ferramental é especializado neste caso para poder alcançar os recursos profundos e elaborados na peça generativa projetada.

Embora dinheiro suficiente possa resolver esses problemas, a maioria dos laboratórios de protótipos prefere fazer peças com as ferramentas que eles têm, e a maioria deles tem fresadoras de 3 eixos, não 5. Felizmente, a equipe da Autodesk, fabricantes do Fusion 360, estava prestando atenção aos este enigma.

Com as restrições de fabricação, os usuários podem definir exatamente como produzirão seu produto final – seja com impressão 3D ou o método exato de usinagem CNC que têm em mãos (fresamento CNC de 2,5, 3, 4 ou 5 eixos). Ao introduzir esses dados no início, os algoritmos do programa podem criar formas que funcionam perfeitamente com a configuração da máquina. Com a adição desse recurso, a Autodesk encontrou uma maneira de tornar o projeto generativo acessível e prático para o público mais amplo possível.

Faça parte da evolução


Em última análise, o design generativo é um desenvolvimento empolgante para os fabricantes, para não mencionar uma variedade de verticais e consumidores, pois:“A capacidade da IA ​​e das ferramentas de design generativo para impulsionar a inovação e a eficiência verá sua adoção catapultada em todos os setores. Eles se tornarão os novos colaboradores no processo de design, aprimorando os papéis do designer e engenheiro e criando produtos como nunca vimos antes.”

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