Prototipagem Interna: Dominando Design Generativo, Fresamento CNC e Configuração de Laboratório

Quando incumbido de trazer a prototipagem para dentro ou construir seu próprio laboratório de prototipagem, você pode achar que há uma quantidade avassaladora de informações para avaliar.

De capacidades a custos, requisitos de espaço e preocupações com ruído, vibração, resíduos e eficiência energética, a capacidade de isolar e agir nas necessidades específicas da sua operação pode ser complicada.

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

A Modern Machine Shop relatou recentemente que,

Vamos aprender mais sobre esses desenvolvimentos de ponta e como o design generativo pode funcionar em perfeita harmonia com o fresamento CNC no seu laboratório de prototipagem.

A Gênese do Design Generativo

O design generativo está disruptando a maneira como a fabricação tem sido feita, tanto do ponto de vista prático quanto filosófico — com uma perspectiva enraizada na apreciação pelo mundo natural e evolução, especificamente.

"A evolução, ao longo de bilhões de anos, aperfeiçoou as espécies animais e vegetais que povoam o planeta, descartando designs menos 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 evolutivo 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 éons?"

Entre o design generativo, "que usa aprendizado de máquina para contornar a abordagem evolutiva e ir direto à forma ideal."

Ao inovar o processo de levar protótipo à produção:

Essa nova filosofia está ganhando força, graças à Inteligência Artificial e um processo de design reimaginado. Em seu núcleo, o processo de design "é tipicamente uma série de refinamentos redutivos, olhando o briefing de design em um escopo mais amplo e estreitando até encontrar a melhor solução possível."

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

Segundo a Industry Week:

Levando em conta esse impulso inegável, onde o design generativo se encaixa no seu modelo de fabricação?

O Que o Design Generativo Significa para Fabricantes?

A fabricação moderna é consistentemente desafiada pela demanda do consumidor por melhores produtos 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 se mostrar desgastante para o processo de fabricação.

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

Para se manter competitivo e proteger sua linha de base, cada vez mais fabricantes estão confiando cada vez mais no design generativo como uma estratégia-chave que permite "engenheiros e designers a abordar problemas de design de maneiras mais inovadoras e eficientes. Em última análise, isso encurta 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 ele não gera?

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

Enquanto a indústria de fabricação projeta aplicações adicionais para esse pensamento de design aprimorado, "Existem numerosos 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 engenheiros a atingir objetivos como minimizar o peso da peça, maximizar a rigidez, reduzir custos e otimizar o uso de material. O uso de design generativo pode reduzir o peso da peça em até 30% usando fabricação tradicional a 70% usando manufatura aditiva."

Do ponto de vista de bens de consumo, já estamos vendo uma gama de produtos altamente reconhecíveis disponibilizados no mercado pelo design generativo. Boas notícias se seu laboratório de prototipagem atende 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 de liquidificador Vitamix, e devemos esperar mais produtos na forma de artigos esportivos, capas de celular e eletrodomésticos."

Mas isso é realmente apenas a ponta do iceberg: "Não há virtualmente 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 dando a volta completa."

O Que o Design Generativo Promete para Prototipagem Interna?

O design generativo apresenta mais possibilidades para prototipagem do que processos tradicionais já puderam fornecer. Para começar, o design generativo dá a você o poder de aumentar tanto a quantidade quanto a qualidade de protótipos que você produz, com base em especificações de design e necessidades do produto.

O Potencial para Melhores Protótipos

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

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 um humano dias, senão meses, para desenvolver manualmente… Este processo garante que o designer ou engenheiro está escolhendo o único design que atende aos objetivos mais importantes do seu design específico.

Quando se trata de soluções estratégicas e cientificamente embasadas, o design generativo oferece opções mais convincentes e, "Essas opções frequentemente incluem geometrias não convencionais que um designer humano provavelmente nunca criaria — geometrias que performam melhor que suas contrapartes mais convencionais."

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

O Fator Humano Encontra o Design Generativo

Claro, praticamente qualquer menção de Inteligência Artificial na fabricação ou outras indústrias é automaticamente recebida com a preocupação de que robôs estão substituindo humanos e que processos como design generativo em breve eliminarão a necessidade de uma força de trabalho humana.

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

Segundo Bryce Heventhal, Gerente de Marketing Técnico da Autodesk, Inc,

Note o componente crítico dessa frase: engenheiros humanos.

Na verdade, "Há uma coisa que Heventhal quer enfatizar sobre design generativo — 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 de testar novos designs e incorporá-los nos produtos que 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 aumentá-los."

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

"O pensamento de design não vai embora, está evoluindo para aproveitar ferramentas modernas. Da mesma forma que um carpinteiro usa uma furadeira elétrica em vez de uma furadeira manual, os designers de produto e engenheiros de amanhã abandonarão lentamente processos manuais."

Equilibrando Complexidade com Fabricabilidade

Uma das preocupações que vem de peças projetadas generativamente é seu nível de complexidade para fabricar. Não é incomum ouvir peças de design generativo descritas como "alienígenas," "orgânicas," ou "bizarras."

Felizmente, a estética fica em um distante segundo lugar em relação à funcionalidade; no entanto, isso introduz um nível de complicações para o processo de fabricação — com multidões de superfícies esculpidas, o processo de criar uma peça de design generativo pode ser longo e ineficiente.

Felizmente, o nascimento do design generativo coincidiu bem com avanços em processos de fabricação. Mais notavelmente, avanços na manufatura aditiva na última década aceleraram as capacidades das impressoras 3D, enquanto simultaneamente reduziram seus custos. No entanto, existem limitações — mais notavelmente quando alta precisão é necessária. Embora isso continue a melhorar no reino da manufatura aditiva, atualmente está fora do alcance de muitos laboratórios de prototipagem devido a altos custos iniciais e de manutenção.

No mundo da manufatura subtrativa, a usinagem CNC de 5 eixos se tornou mais difundida, com um maior número de marcas oferecendo equipamentos capazes e mais software do que nunca para ajudar a criar as trajetórias de ferramenta complexas necessárias para criar uma peça de design generativo.

No entanto, como com qualquer coisa, existem desvantagens.

Devido aos seus controles exigentes, máquinas de 5 eixos requerem 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 a trajetória da ferramenta e inspecionar colisões.

Além disso, máquinas de 5 eixos podem se tornar bastante caras. Isso é inerente ao seu design — sempre que um eixo é introduzido em uma fresadora, mais área de trabalho é sacrificada — subsequentemente, até máquinas de 5 eixos com envelopes de trabalho pequenos podem ser bastante grandes. A situação não é ideal então quando uma peça grande de design generativo precisa ser fresada — não é exagero afirmar que a máquina necessária pode custar mais de 7 dígitos antes dos custos de ferramentas. Até as ferramentas são especializadas neste caso para alcançar as características profundas e elaboradas na peça de design generativo.

Embora dinheiro suficiente possa resolver esses problemas, a maioria dos laboratórios de prototipagem preferiria fazer peças com as ferramentas que têm, e a maioria deles tem fresadoras de 3 eixos, não 5. Felizmente, a equipe da Autodesk, fabricantes do Fusion 360, estava atenta a esse enigma.

Com 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 à mão (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 sua configuração de máquina. Com a adição dessa capacidade, a Autodesk encontrou uma maneira de tornar o design generativo acessível e prático para o público mais amplo possível.

Faça Parte da Evolução

Em última análise, o design generativo é um desenvolvimento emocionante para fabricantes, sem mencionar uma variedade de verticais e consumidores, pois: "A capacidade de ferramentas de IA e design generativo de impulsionar inovação e eficiências verá sua adoção catapultada através das indústrias. Eles se tornarão os novos colaboradores no processo de design, aprimorando os papéis do designer e engenheiro e criando produtos como nunca vimos antes."